JPWO2002073697A1 - Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

ポリメタル構造を有するゲート電極7Aのバリア層を構成するWNX膜24の成膜を高濃度の窒素ガスを含む雰囲気中で行うことにより、ゲート電極7A加工後の熱処理工程でWNX膜24中からN(窒素)が放出するのを抑制する。By forming the WNX film 24 constituting the barrier layer of the gate electrode 7A having a polymetal structure in an atmosphere containing a high concentration of nitrogen gas, N (N) Nitrogen).

Description

技術分野
本発明は、半導体集積回路装置およびその製造技術に関し、特に、多結晶シリコンと高融点金属との積層膜でゲート電極を構成したポリメタル(Polymetal)構造のMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を有する半導体集積回路装置の製造に適用して有効な技術に関する。
背景技術
ポリメタルゲートまたはメタルゲート一般に関しては、特開昭60−89943号公報、特開昭61−150236号公報、特開昭60−72229号公報、特開昭59−10271号公報、特開昭56−107552号公報、特開昭61−127123号公報、特開昭61−127124号公報、特開昭60−123060号公報、特開昭61−152076号公報、特開昭61−267365号公報、特開平1−94657号公報、特開平8−264531号公報、特開平3−119763号公報、特開平7−94716号公報、米国特許公報すなわちUSP4505028、USP5719410、USP5387540、IEEE Transaction Electron devices,Vol.43,NO.11,November 1996,Akasaka et al,p.1864−1869、Elsevier,Applied Surface Science 117/118(1997)312−316,Nakajima et al、Nakajima et al,Advanced metalization conference,Japan Session,Tokyo Univ.(1995)などがある。
また、酸窒化処理に関してはUSP4282270などがある。さらに、水素排ガス処理に関しては、USP5202096、USP5088314、特開平8−83772号公報、特開平9−75651号公報などがある。
さらに、水分と酸化の問題に関しては特開平7−321102号公報、特開昭60−107840号公報、USP5693578等がある。
さらに、触媒を用いた水分合成に関しては、特開平6−333918号公報、特開平6−115903号公報、特開平5−152282号公報、特開平6−163871号公報、特開平5−141871号公報、特開平5−144804号公報、特開平6−120206号公報、Nakamura et al,Proceedings of the 45th Symposium on Semiconductors and Integrated circuit Technology,Tokyo Dec.1−2,1993,the Electronic materials committee,P.128−133などがある。
発明の開示
ゲート長が0.18μm以下の微細なMOSFETで回路を構成するCMOSLSIや同様のゲート層をゲート電極と配線に用いるDRAMでは、ゲート遅延や配線での信号遅延を低減して高速動作を確保するために、金属層を含む低抵抗導電材料を使ったゲート加工プロセスが採用されるものと考えられる。
この種の低抵抗ゲート電極材料として有力視されているのは、多結晶シリコン膜の上に高融点金属膜を積層した、いわゆるポリメタルである。ポリメタルは、そのシート抵抗が2Ω/□程度と低いことから、ゲート電極材料としてのみならず配線材料として利用することもできる。高融点金属としては、800℃以下の低温プロセスでも良好な低抵抗性を示し、かつエレクトロマイグレーション耐性の高いW(タングステン)、Mo(モリブデン)などが使用される。なお、多結晶シリコン膜の上に直接これらの高融点金属膜を積層すると両者の接着力が低下したり、高温熱処理プロセスで両者の界面に高抵抗のシリサイド層が形成されたりするため、実際のポリメタルゲートは、多結晶シリコン膜と高融点金属膜との間にWN(タングステンナイトライド)などの金属窒化膜からなるバリア層を介在させた3層構造で構成される。
ところが、多結晶シリコン膜と高融点金属膜との間にWN(タングステンナイトライド)などの金属窒化膜からなるバリア層を介在させた3層構造でゲート電極を形成した場合、ゲート電極加工後の熱処理工程でWN膜中からN(窒素)が放出され、WN膜のバリア層としての機能が失われてしまう結果、高融点金属膜と多結晶シリコン膜との界面の接触抵抗が増加してしまうことが本発明者らの検討によって明らかとなった。
本発明の目的は、多結晶シリコン膜と高融点金属膜との間に金属窒化膜からなるバリア層を介在させた3層構造で構成されたゲート電極において、高融点金属膜と多結晶シリコン膜との界面の接触抵抗の増加を防止する技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、以下の工程を含んでいる。
(a)ウエハの第1の主面上のシリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース表面領域上に、ゲート絶縁膜を形成する工程;
(b)前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとする第1のシリコンベース膜を形成する工程;
(c)前記第1のシリコンベース膜中に、イオン注入により不純物をドープする工程;
(d)前記(c)工程の後、前記第1のシリコンベース膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとするノンドープの第2のシリコンベース膜を形成する工程;
(e)前記第2のシリコンベース膜上に、素子完成時の窒素元素組成が7%以上となるようなタングステンの窒化物膜を、スパッタリングにより形成する工程;
(f)前記窒化物膜上に、タングステンまたはモリブデンを主要な成分として含む高融点金属膜を形成する工程。
本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、以下の工程を含んでいる。
(a)ウエハの第1の主面上のシリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース表面領域上に、ゲート絶縁膜を形成する工程;
(b)前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとし、不純物がドープされた第1のシリコンベース膜を形成する工程;
(c)前記第1のシリコンベース膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとするノンドープの第2のシリコンベース膜を形成する工程;
(d)前記第2のシリコンベース膜上に、素子完成時の窒素元素組成が7%以上となるようなタングステンの窒化物膜を、スパッタリングにより形成する工程;
(e)前記窒化物膜上に、タングステンまたはモリブデンを主要な成分として含む高融点金属膜を形成する工程。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
さらに、以下の実施の形態では、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲などを含む)に言及する場合、特に明示したときおよび原理的に明らかに特定の数に限定されるときを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等を含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素などの形状、位置関係などに言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合を除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、半導体集積回路ウエハまたは半導体ウエハとは、半導体集積回路の製造に用いるシリコン単結晶基板(一般にほぼ円形)、サファイア基板、ガラス基板その他の絶縁、反絶縁または半導体基板など、ならびにそれらの複合的基板をいう。また、「半導体集積回路装置」(あるいは「電子装置」、「電子回路装置」など)というときは、単結晶シリコン基板上に作られるものだけでなく、特にそうでない旨が明示された場合を除き、上記した各種基板、あるいはさらにSOI(Silicon On Insulator)基板、TFT(Thin Film Transistor)液晶製造用基板、STN(Super Twisted Nematic)液晶製造用基板などといった他の基板上に作られるものを含むものとする。
材料、ガス組成等に言及する時、特に明示した場合を除き、純粋なものの外、その材料を主要な構成要素とする材料等を示し、他の要素の追加を許容するものとする。
例えばガス組成については、主要な反応ガス、処理ガスの外、副次的な作用をする添加ガス、希釈ガス、補助ガス等の追加を許容する。
さらに、酸化シリコン膜というときは、特にそうでない旨特定する場合を除き、一般に各種の添加剤、補助成分を含む各種のシリコン酸化物系膜、すなわち、PSG(Phospho Silicate Glass)膜、BPSG(Boro−Phospho Silicate Glass)膜、TEOS(Tetra−Ethoxy Silane)酸化膜、シリコンオキシナイトライド膜等、その他の単一膜または複合膜を含むものとする。
さらに、シリコンナイトライド、窒化ケイ素または窒化シリコンというときは、Siのみではなく、シリコンの窒化物で類似組成の絶縁膜を含むものとする。
ゲート酸化膜については、シリコン熱酸化膜、シリコンオキシナイトライド膜のほか、その他の熱酸化膜、堆積膜、塗布系膜を含み、材料的にはシリコン酸化膜以外の非シリコン系金属酸化物、シリコンナイトライド等の絶縁性の窒化物、あるいはそれらの複合膜を含む。
また、基板表面の導電領域や堆積膜の導電領域の材質について、「シリコン」、「シリコンベース」というときは、特に特定した場合等を除き、比較的純粋なシリコン部材の外、シリコンに不純物や添加剤を添加したもの、シリコンを主要な構成要素とする導電部材(例えば、シリコンベース合金で50%以上のGeを含むSiGe合金等も含まれるものとする。例えば、ゲートポリシリコン部やチャネル領域をSiGeにする等)等を含むものとする。また、これらは、技術的に矛盾しない限り、形成当初は高抵抗であることも許容する。
また、堆積膜等で堆積当初はアモルファスであるが、後の熱処理ですぐに多結晶となるものがあるが、これらは特に必要があると認めるとき以外、表現上の矛盾を避けるため、当初から後の形態で表示する場合がある。例えば、多結晶シリコン(ポリシリコン)は、堆積当初はアモルファス状態であり、後の熱処理により多結晶シリコンに変わる。ただし、当初から多結晶シリコンを使用することも出来ることは言うまでもない。堆積当初はアモルファス状態であると、イオン注入におけるチャネリングの防止、ドライエッチング等の際の粒塊形状に依存した加工性の困難さの回避、熱処理後の低シート抵抗等のメリットがある。
また、本発明の実施に関連するその他の技術については、本願の発明者が関与する以下の出願に詳細に開示されている。すなわち、特許出願2000−118491号、特開平09−172011号公報、特開平10−335652号公報、特開平10−340909号公報、特開平11−330468号公報、特開平10−349285号公報、米国特許第6066508号、国際公開公報WO98/39802号、国際公開公報WO97/28085号などである。
(実施の形態1)
図1は、本実施形態のDRAM(Dynamic Random Access Memory)が形成された半導体チップ1Aの全体平面図である。長方形の半導体チップ1Aの主面には、例えば256Mbit(メガビット)の記憶容量を有するDRAMが形成されている。このDRAMは、主として複数のメモリアレイ(MARY)からなる記憶部とそれらの周囲に配置された周辺回路部PCとによって構成されている。半導体チップ1Aの中央部には、ボンディングワイヤなどの接続端子が接続される複数のボンディングパッドBPが1列に配置されている。
図2は、上記DRAMのメモリアレイ(MARY)の一部を示す半導体基板の平面図、図3は、上記DRAMを示す半導体基板の要部断面図である。なお、図3の左側の領域は図2のA−A線に沿った断面図、中央の領域は図2のB−B線に沿った断面図、右側の領域は周辺回路部(PC)の一部を示す断面図である。
例えばp型の単結晶シリコンからなる半導体基板(以下、基板という。また、半導体ウエハあるいは単にウエハということもある。)1の主面には、素子分離溝2、p型ウエル3およびn型ウエル4が形成されている。メモリアレイのp型ウエルには、nチャネル型のメモリセル選択用MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)Qtと、その上部に形成された情報蓄積用容量素子Cとによって構成される複数のメモリセルが形成されている。
メモリセル選択用MISFETQtは、主としてゲート絶縁膜6、アクティブ領域L以外の領域においてワード線WLを構成するゲート電極7Aおよび一対のn型半導体領域(ソース、ドレイン)9、9によって構成されている。ゲート電極7A(ワード線WL)は、例えばP(リン)がドープされたn型多結晶シリコン膜の上部にWN(窒化タングステン)膜とW膜とが積層された、いわゆるポリメタル(Polymetal)構造の導電膜によって構成されている。
DRAMの周辺回路部PCは、複数のnチャネル型MISFETQnと複数のpチャネル型MISFETQpとを組み合わせた、いわゆる相補型MIS回路によって構成されている。nチャネル型MISFETQnはp型ウエル3に形成され、主としてゲート絶縁膜6、ゲート電極7Bおよび一対のn型半導体領域(ソース、ドレイン)12、12によって構成されている。また、pチャネル型MISFETQpはn型ウエル4に形成され、主としてゲート絶縁膜6、ゲート電極7Cおよび一対のp型半導体領域(ソース、ドレイン)13、13によって構成されている。ゲート電極7B、7Cは、前記メモリセル選択用MISFETQtのゲート電極7A(ワード線WL)と同じポリメタル構造の導電膜によって構成されている。ゲート電極7B、7Cの側壁には、窒化シリコン膜からなるサイドウォールスペーサ11sが形成されている。
メモリセル選択用MISFETQt、nチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQpの上部には、ゲート電極7A(ワード線WL)の上部および側壁を覆う窒化シリコン膜11と層間絶縁膜15とが形成されている。層間絶縁膜15は、例えばスピンオングラス(Spin On Glass)膜(塗布法によって形成される酸化シリコン系絶縁膜)とその上部に形成された2層の酸化シリコン膜とによって構成されている。
メモリセル選択用MISFETQtのソース、ドレインを構成する一対のn型半導体領域9、9の上部には、層間絶縁膜15とその下層の窒化シリコン膜11とを開孔して形成したコンタクトホール16、17が形成されている。これらのコンタクトホール16、17の内部には、例えばP(リン)がドープされたn型多結晶シリコン膜によって構成されるプラグ18が埋め込まれている。
層間絶縁膜15の上部には酸化シリコン膜19が形成されており、前記一対のコンタクトホール16、17の一方(コンタクトホール16)の上部の酸化シリコン膜19には、スルーホール20が形成されている。スルーホール20は、アクティブ領域Lから外れた素子分離溝2の上方に配置されており、その内部には例えばTiN(窒化チタン)膜の上部にW膜を積層した2層の導電膜によって構成されるプラグ23が埋め込まれている。スルーホール20に埋め込まれたプラグ23は、その下部のコンタクトホール16に埋め込まれたプラグ18を介してメモリセル選択用MISFETQtのソース、ドレインの一方(2個のメモリセル選択用MISFETQtによって共有されたn型半導体領域9)に電気的に接続されている。
周辺回路部の酸化シリコン膜19およびその下層の層間絶縁膜15には、コンタクトホール21、22が形成されている。コンタクトホール21は、nチャネル型MISFETQnのソース、ドレインを構成する一対のn型半導体領域(ソース、ドレイン)12、12の上部に形成され、コンタクトホール22は、pチャネル型MISFETQpのソース、ドレインを構成する一対のp型半導体領域(ソース、ドレイン)13、13の上部に形成されている。これらのコンタクトホール21、22の内部には、前記メモリアレイのスルーホール20に埋め込まれたプラグ23と同じ導電材料によって構成されるプラグ23が埋め込まれている。
メモリアレイの酸化シリコン膜19の上部には、メモリセルのデータを読み出す複数のビット線BLが形成されている。これらのビット線BLは素子分離溝2の上方に配置され、同一の幅、同一の間隔でゲート電極7A(ワード線WL)と直交する方向に延在している。ビット線BLのそれぞれは、その下部の酸化シリコン膜19に形成されスルーホール20内のプラグ23およびその下部のコンタクトホール16内のプラグ18を介してメモリセル選択用MISFETQtのソース、ドレインの一方(n型半導体領域9)に電気的に接続されている。ビット線BLは、例えばWN膜の上部にW膜を積層した導電膜によって構成されている。
周辺回路部PCの酸化シリコン膜19の上部には第1層目の配線30〜33が形成されている。これらの配線30〜33は、ビット線BLと同じ導電膜によって構成されており、後述するようにビット線BLと同時に形成される。配線30、31は、酸化シリコン膜19、15に形成されたコンタクトホール21内のプラグ23を介してnチャネル型MISFETQnのソース、ドレイン(n型半導体領域12)に電気的に接続され、配線32、33は、酸化シリコン膜19、15に形成されたコンタクトホール22内のプラグ23を介してpチャネル型MISFETQpのソース、ドレイン(p型半導体領域13)に電気的に接続されている。
ビット線BLおよび第1層目の配線30〜33の上部には、層間絶縁膜40が形成されている。層間絶縁膜40は、下層の層間絶縁膜15と同じく、スピンオングラス膜とその上部に形成された2層の酸化シリコン膜とによって構成されており、その表面は、基板1の全域でほぼ同じ高さになるように平坦化されている。
メモリアレイの層間絶縁膜40およびその下層の酸化シリコン膜19にはスルーホール43が形成されている。スルーホール43は、その下部のコンタクトホール17の真上に配置されており、その内部には、例えばP(リン)がドープされたn型多結晶シリコン膜によって構成されるプラグ44が埋め込まれている。
層間絶縁膜40の上部には、窒化シリコン膜45および厚い膜厚の酸化シリコン膜46が形成されており、メモリアレイの酸化シリコン膜46に形成された深い溝47の内部には、下部電極48、容量絶縁膜49および上部電極50によって構成される情報蓄積用容量素子Cが形成されている。情報蓄積用容量素子Cの下部電極48は、例えばP(リン)がドープされた低抵抗のn型多結晶シリコン膜によって構成され、その下部に形成された前記スルーホール43およびコンタクトホール17を通じてメモリセル選択用MISFETQtのn型半導体領域(ソース、ドレイン)9の他方に電気的に接続されている。また、情報蓄積用容量素子Cの容量絶縁膜49は、例えばTa(酸化タンタル)膜によって構成され、上部電極50は、例えばTiN膜によって構成されている。
情報蓄積用容量素子Cの上部には酸化シリコン膜51が形成され、さらにその上部には2層程度のAl配線が形成されているが、それらの図示は省略する。
次に、上記のように構成された本実施形態のDRAMの製造方法の一例を、図4〜図37を用いて工程順に説明する。
まず、図4に示すように、例えばp型の単結晶シリコンからなる基板(ウエハ)1を用意し、その主面に素子分離溝2を形成した後、基板1の一部にB(ホウ素)を、他の一部にP(リン)をそれぞれイオン注入した後、基板1を約950℃、10分程度熱処理してこれらの不純物を拡散させることにより、p型ウエル3およびn型ウエル4を形成する。素子分離溝2を形成するには、例えば基板1の素子分離領域をエッチングして深さ350nm程度の溝を形成し、続いてこの溝の内部および基板1上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法で酸化シリコン膜5を堆積した後、溝の外部の不要な酸化シリコン膜5を化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing;CMP)法で除去する。図5に示すように、この素子分離溝4を形成することにより、メモリアレイの基板1には、周囲が素子分離溝2に囲まれた細長い島状のパターンを有する複数のアクティブ領域Lが形成される。
次に、基板1の表面をフッ酸で洗浄した後、図6に示すように、基板1をスチーム酸化することによって、p型ウエル3の表面およびn型ウエル4の表面に酸化シリコン膜からなる清浄なゲート絶縁膜6を形成する。ゲート絶縁膜6の膜厚は、例えば6nmである。ゲート絶縁膜6は、酸化シリコン膜に代えて酸窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との複合絶縁膜などで形成してもよい。
次に、図7に示すように、ゲート絶縁膜6の上部にP(リン)をドープしたn型の多結晶シリコン膜14nを堆積する。多結晶シリコン膜14nは、例えばモノシラン(SiH)とホスフィン(PH)とをソースガスに用いたCVD法で堆積(成膜温度=約630℃)し、その膜厚は70nm程度とする。多結晶シリコン膜14nは、電気抵抗を低減するために、P濃度を1.0×1019cm以上とする。
また、上記多結晶シリコン膜14nに代えて、Ge(ゲルマニウム)を5%から最大で50%前後含んだシリコン膜で構成することもできる。シリコンにGeを含ませた場合は、シリコンのバンドギャップが狭くなることや、不純物の固溶限界が高くなることに起因して、上層のWN膜との接触抵抗が低減される利点がある。シリコンにGeを含ませるには、シリコン膜にイオン注入でGeを導入する方法の外、モノシラン(SiH)とGeHとを使ったCVD法によってGeを含んだシリコン膜を堆積する方法がある。
次に、多結晶シリコン膜14nの表面をフッ酸で洗浄した後、図8に示すように、多結晶シリコン膜14nの上部にスパッタリング法で膜厚7nm程度のWN膜24と膜厚70nm程度のW膜25とを連続して堆積し、続いてW膜25の上部にCVD法で膜厚160nm程度の窒化シリコン膜8を堆積する。WN膜24は、多結晶シリコン膜14nとW膜25との反応を防ぐバリア層として機能する。なお、窒化シリコン膜8を堆積するときは、W膜25の表面の酸化を抑制するために、比較的低温(480℃前後)で成膜できるプラズマCVD法を用いてW膜25上に10nm程度の薄い窒化シリコン膜を堆積し、次に、約950℃、10秒程度のランプアニールを行って窒化シリコン膜中のガス成分を除去した後、緻密な膜を得るために、低圧CVD法(成膜温度=780℃前後)を用いて150nm程度の窒化シリコン膜を堆積するとよい。あるいは、W膜25の上部にプラズマCVD法を用いて酸化シリコン膜を堆積した後、その上部に低圧CVD法を用いて窒化シリコン膜8を堆積してもよい。
次に、図9に示すように、窒化シリコン膜8の上部に形成したフォトレジスト膜26をマスクにして窒化シリコン膜8、W膜24、WN膜25および多結晶シリコン膜14nを順次ドライエッチングすることにより、メモリアレイのゲート絶縁膜6上にゲート電極7A(ワード線WL)を形成し、周辺回路部のゲート絶縁膜6上にゲート電極7B、7Cを形成する。図10に示すように、ゲート電極7A(ワード線WL)は、アクティブ領域Lの長辺と直交する方向に延在するように形成される。ゲート電極7A(ワード線WL)の線幅(ゲート長)および隣接するゲート電極7A(ワード線WL)との間隔は、例えば0.13〜0.14μmである。
このように、ゲート電極7A(ワード線WL)、ゲート電極7B、7Cを構成する導電材料の一部を低抵抗の金属(W)で構成したポリメタル構造とすることにより、シート抵抗が2Ω/□程度あるいはそれ以下まで低減され、ゲート遅延が抑制されるため、高速で動作するDRAMを実現することができる。
なお、ゲート電極7A(ワード線WL)、7B、7Cを形成するための上記ドライエッチング工程では、図11に示すように、ゲート電極7A(ワード線WL)、7B、7Cの周辺の基板1の表面にゲート絶縁膜6を薄く(例えば3nm程度)残しておくことが望ましい。このドライエッチングでゲート絶縁膜6の下層の基板1が露出すると、ゲート電極材料の一部であるWを含んだコンタミネーション(汚染物)が後の熱処理工程で基板1の表面に直接付着し、通常の洗浄処理では除去され難いWシリサイドのような反応生成物が生じる虞れがある。
次に、基板1をドライエッチング装置からアッシング装置に搬送し、図12に示すように、Oプラズマを用いたアッシングによってフォトレジスト膜26を除去する。
基板1をドライエッチング装置からアッシング装置に搬送すると、その過程で基板1の表面が大気に曝される。また、Oプラズマを用いたアッシングによってフォトレジスト膜26を除去すると、基板1の表面がOプラズマ雰囲気に曝される。そのため、上記のアッシングが完了すると、図13に示すように、ゲート電極7A、7B、7Cの側壁に露出したW膜25の表面には、所望しない酸化物(WO)27が形成される。この酸化物27は、その後の熱処理工程において昇華し、熱処理室の内壁などに付着した後、基板1の表面に再付着して汚染物となり、素子の特性劣化(DRAMの場合には、リフレッシュ不良など)を引き起こす。
前述したように、ゲート電極7A、7B、7Cを形成するためのドライエッチング工程では、ゲート電極7A、7B、7Cの側壁下部や周辺領域のゲート絶縁膜6もある程度削られ、形成当初よりも膜厚が薄くなる(図13参照)ため、そのままではゲート耐圧が低下するなどの不具合が生じる。そこで、薄くなったゲート絶縁膜6を補填・再生するために、以下のような方法で再酸化処理を行う。
図14は、ゲート絶縁膜6の再酸化処理に用いるバッチ式縦型酸化炉の一例を示す概略図である。この縦型酸化炉150は、石英管で構成されたチャンバ151を備えており、その周囲にはウエハ(基板)1を加熱するヒータ152が設置されている。チャンバ151の内部には、複数枚のウエハ1を水平に保持する石英ボート153が設置されている。また、チャンバ151の底部には、水蒸気/水素混合ガスとパージガスとを導入するガス導入管154と、これらのガスを排出する排気管155とが接続されている。ガス導入管154の他端には、図15、図16に示すようなガス生成装置140が接続されている。
図15は、上記バッチ式縦型酸化炉150に接続された触媒方式の水蒸気/水素混合ガス生成装置を示す概略図、図16は、このガス生成装置の配管系統図である。ガス生成装置140は、耐熱耐食性合金で構成された反応器141を備えており、その内部にはPt(プラチナ)、Ni(ニッケル)あるいはPd(パラジウム)などの触媒金属からなるコイル142とこのコイル142を加熱するヒータ143とが設置されている。反応器141には、水素および酸素からなるプロセスガスと、窒素などの不活性ガスからなるパージガスとがガス貯留槽144a、144b、144cから配管145を通じて導入される。また、ガス貯留槽144a、144b、144cと配管145の間には、ガスの量を調節するマスフローコントローラ146a、146b、146cと、ガスの流路を開閉する開閉バルブ147a、147b、147cとが設置され、反応器141内に導入されるガスの量および成分比がこれらによって精密に制御される。
上記反応器141内に導入されたプロセスガス(水素および酸素)は、350〜450℃程度に加熱されたコイル142に接触して励起され、水素分子からは水素ラジカルが生成し(H→2H*)、酸素分子からは酸素ラジカルが生成する(O→2O*)。これら2種のラジカルは化学的に極めて活性であるために、速やかに反応して水を生成する(2H*+O*→HO)。そこで、水(水蒸気)が生成するモル比(水素:酸素=2:1)よりも過剰の水素を含んだプロセスガスを反応器141内に導入することにより、水蒸気/水素混合ガスを得ることができる。この混合ガスは、図16に示す希釈ライン148から供給される水素と混合されて所望の水分濃度を有する水蒸気/水素混合ガスに調整された後、前記ガス導入管154を通って縦型酸化炉150のチャンバ151に導入される。
上記のような触媒方式のガス生成装置140は、水の生成に関与する水素と酸素の量およびそれらの比率を高精度に制御できるので、チャンバ151に導入される水蒸気/水素混合ガス中の水蒸気濃度をppmオーダの極低濃度から数10%程度の高濃度まで広範囲に、かつ高精度に制御することができる。また、反応器141にプロセスガスを導入すると瞬時に水が生成されるので、所望する水蒸気濃度の水蒸気/水素混合ガスがリアルタイムで得られる。またこれにより、異物の混入も最小限に抑えられるので、チャンバ151内にクリーンな水蒸気/水素混合ガスを導入することができる。なお、反応器141内の触媒金属は、水素および酸素をラジカル化できるものであれば前述した金属に限定されない。また、触媒金属はコイル状に加工して使用する他、例えば中空の管あるいは細かい繊維フィルタなどに加工し、その内部にプロセスガスを通してもよい。
図17は、水蒸気/水素混合ガスを使った酸化還元反応の平衡蒸気圧比(PH2O/PH2)の温度依存性を示すグラフであり、図中の曲線(a)〜(e)は、それぞれW、Mo、Ta(タンタル)、Si、Ti(チタン)の平衡蒸気圧比を示している。図示のように、縦型酸化炉150のチャンバ151に導入する水蒸気/水素混合ガスの水蒸気/水素分圧比を曲線(a)と曲線(d)とに挟まれた領域の範囲内に設定することにより、ゲート電極7A、7B、7Cを構成するW膜25およびWN膜24を酸化することなしに、シリコンからなる基板1を選択的に酸化することができる。また図示のように、金属(W、Mo、Ta、Ti)もシリコンも、水蒸気/水素混合ガス中の水蒸気濃度が高くなるにつれて酸化速度が大きくなる。従って、チャンバ151に導入する水蒸気/水素混合ガス中の水蒸気濃度を高くすることにより、より短時間の熱処理でシリコンを選択的に酸化することができる。なお、ゲート電極7A、7B、7Cの金属部分をMo(モリブデン)で構成した場合は、水蒸気/水素分圧比を曲線(b)と曲線(d)とに挟まれた領域の範囲内に設定することにより、Mo膜を酸化することなしにシリコンのみを選択的に酸化することができる。
次に、図18を参照しながら、前記バッチ式縦型酸化炉150を使った再酸化プロセスシーケンスの一例を説明する。
まず、パージガス(窒素)が充填されたチャンバ151内に、複数枚のウエハ1を保持した石英ボート153をロードする。石英ボート153のロードに要する時間は、10分程度である。このとき、チャンバ151内のパージガス(窒素)は、ウエハ1の昇温時間を短縮するためにあらかじめ予熱しておく。但し、高温ではゲート電極7A、7B、7Cの側壁に形成された酸化物27が昇華し易いため、予熱温度の上限は500℃未満とすべきである。
次に、ガス導入管154を通じてチャンバ151内に10分間程度水素ガスを導入し、チャンバ151内のガス置換を行うことにより、チャンバ151内をWの酸化物27が還元される雰囲気にする。そして、チャンバ151内に水素ガスを供給し続けながら、約30分〜40分かけてウエハ1を600℃以上の温度、例えば800℃まで昇温する。チャンバ151内に水素ガスのみを導入するには、反応器141の手前で酸素の供給を遮断し、水素のみを供給すればよい。
このように、ゲート電極7A、7B、7Cの側壁の酸化物27が還元される条件下でウエハ1を昇温することにより、酸化物27の大部分が還元されてWとなるため、チャンバ151内で昇華する酸化物27の量を極めて低いレベルに保つことができる。これにより、ゲート絶縁膜6の再酸化処理工程における基板1の汚染を極めて低いレベルに保つことができるので、DRAMの信頼性、製造歩留まりが向上する。
次に、ガス生成装置140の反応器141に酸素と過剰の水素とを導入し、触媒作用によって酸素と水素とから生成した水が分圧比で10%程度含まれる水蒸気/水素混合ガスをチャンバ151に導入する。そして、チャンバ151内の水蒸気/水素混合ガスの温度を800℃、気圧を常圧、または大気圧の10%程度から50%程度の減圧領域である準常圧減圧領域(Subatmospheric region)に保ち、25分〜30分かけてウエハ1の表面を酸化処理する。なお、酸化炉の種類によっては、さらに低い減圧領域で酸化処理を行うものもあるが、酸化処理時の圧力が低いと、ゲート電極7A、7B、7Cの側壁に残った酸化物27が昇華し易くなる。従って、酸化処理時の圧力は、最低でも1300Pa程度以上とすることが望ましい。
上記のような酸化処理を行うことにより、図19に示すように、ゲート電極7A、7B、7Cの周辺部の基板1が再酸化されるため、前述したドライエッチング工程で薄くなったゲート絶縁膜6の膜厚が初期の膜厚(6nm)と同程度になる。また、この酸化処理は、チャンバ151に導入する水蒸気/水素混合ガスの水蒸気/水素分圧比を、前記図17に示した曲線(a)と曲線(d)とに挟まれた領域の範囲内に設定して行うため、ゲート電極7A、7B、7Cを構成するW膜25およびWN膜24が酸化されることはない。
次に、反応器141の手前で酸素の供給を遮断することによって、チャンバ151内に水素のみを供給しながら、約30分〜40分かけてウエハ1を500℃未満の温度、例えば400℃まで降温する。続いて、水素ガスの供給を止め、チャンバ151内に10分間程度窒素ガスを導入してガス置換を行った後、石英ボート153をチャンバ151からアンロードする。なお、チャンバ151内を水素ガス雰囲気から窒素ガス雰囲気に切り換える温度が高い場合には、ゲート電極7A、7B、7Cの側壁のW膜25や還元されずに残った酸化物27が昇華する虞れがある。従って、水素ガスから窒素ガスへの置換は、ウエハ1の温度が300℃〜200℃程度まで降温してから行う方がよい。また、上記酸化処理に要する時間に対する要求が比較的厳しくない場合は、ウエハ1の温度が100℃程度、より好ましくは70℃〜室温にまで下がってから、窒素ガス雰囲気への切り換えを行う方が、W膜25の酸化を抑制できることはいうまでもない。
上記したゲート絶縁膜6の再酸化処理は、RTA(Rapid Thermal Annealing)方式を採用した枚葉式酸化炉を使って行うこともできる。図20(a)は、再酸化処理に用いる枚葉式酸化炉の一例を示す概略図、図20(b)は、図20(a)のB−B’線に沿った断面図である。
この枚葉式酸化炉100は、多重壁石英管で構成されたチャンバ101を備えており、その下部にはウエハ1を加熱するハロゲンランプ107が設置されている。チャンバ101の内部には、ハロゲンランプ107から供給される熱をウエハ1の全面に均等に分散させる円盤状の均熱リング103が収容され、その上部にウエハ1を水平に保持するサセプタ104が載置されている。均熱リング103は、石英あるいはSiC(シリコンカーバイド)などの耐熱材料で構成され、チャンバ101の壁面から延びる支持アーム105によって支持されている。均熱リング103の近傍には、サセプタ104に保持されたウエハ1の温度を測定する熱電対106が設置されている。
チャンバ101の壁面の一部には、チャンバ101内に水蒸気/水素混合ガスとパージガスとを導入するためのガス導入管108の一端が接続されている。このガス導入管108の他端には、前記図15、図16に示した触媒方式のガス生成装置140が接続されている。ガス導入管108の近傍には、多数の貫通孔109を備えた隔壁110が設けられており、チャンバ101内に導入されたガスは、この隔壁110の貫通孔109を通過してチャンバ101内に均等に行き渡る。チャンバ101の壁面の他の一部には、チャンバ101内に導入された上記ガスを排出するための排気管111の一端が接続されている。
上記枚葉式酸化炉100をを使った再酸化プロセスは、ウエハ1を一枚ずつ酸化処理する点を除けば、前記バッチ式縦型酸化炉150を使った再酸化プロセスとほぼ同様である。但し、ランプ加熱(Lamp heating)によるウエハ1の昇降温は極めて短時間(通常、数秒程度)で行われるため、ウエハ1のロード/アンロードは、室温で行われる。
上記のような枚葉式酸化炉100を使った再酸化プロセスの一例を説明すると、まず、あらかじめ室温のパージガス(窒素)が充填されたチャンバ101を開放し、ゲート電極7A、7B、7Cの加工が終わったウエハ1をサセプタ104の上にロードする。次に、チャンバ101を閉鎖して水素ガスを導入し、チャンバ101内を水素ガス雰囲気とした後、この雰囲気を保ちながら約5秒かけてウエハ1を600℃以上の温度、例えば950℃まで昇温する。
次に、ガス生成装置140の反応器141に酸素と過剰の水素とを導入し、触媒作用によって生成した水が分圧比で10%程度含まれた水蒸気/水素混合ガスをチャンバ101に導入する。そして、ハロゲンランプ107を点灯し、チャンバ101内の水蒸気/水素混合ガスの温度を950℃に保ちながら、約3分かけてウエハ1の表面を酸化処理する。
次に、ハロゲンランプ107を消灯すると共に、水蒸気/水素混合ガスの供給を止め、チャンバ101内を再び水素雰囲気にした後、この雰囲気を保ちながら約10秒かけてウエハ1を500℃未満の温度、例えば400℃まで降温する。次に、水素ガスの供給を止め、チャンバ101内に窒素ガスを導入してガス置換を行った後、チャンバ101内の温度が室温程度まで下がったらウエハ1をアンロードする。この場合も、水素ガスから窒素ガスへの置換は、ウエハ1の温度が300℃〜200℃程度まで降温してから行う方がよい。また、上記酸化処理に要する時間に対する要求が比較的厳しくない場合は、ウエハ1の温度が100℃程度、より好ましくは70℃〜室温にまで下がってから、窒素ガス雰囲気への切り換えを行う方が、W膜25の酸化を抑制できることはいうまでもない。
上記のような再酸化処理を行うことにより、バッチ式縦型酸化炉150を使った再酸化処理と同様、ゲート電極7A、7B、7Cを構成するW膜25およびWN膜24を酸化することなしに、ゲート絶縁膜6を厚膜化することができる。また、ゲート電極7A、7B、7Cの側壁の酸化物27が還元される条件下でウエハ1を昇降温することにより、チャンバ151内で昇華する酸化物27の量を極めて低レベルに保つことができるので、ゲート絶縁膜6の再酸化処理工程における基板1の汚染を極めて低いレベルに保つことができる。本発明者らの実験によれば、バッチ式縦型酸化炉150を使った場合でも、枚葉式酸化炉100を使った場合でも、所望する温度までの昇温とその後の降温とを還元性の水素雰囲気中で行うことにより、窒素雰囲気中で昇降温を行う場合に比べて、基板1の表面に付着する酸化物27の量が2桁から3桁程度少なくなることが確認された。
なお、上述した再酸化プロセスでは、水素雰囲気中でウエハ1の昇降温を行ったが、Wの酸化物を還元することのできる他のガス、例えばアンモニア(NH)、CO、NOなどのガス雰囲気中で行ってもよい。但し、これらのガスを使用する場合は、酸化炉の配管系統などを増設する必要がある。また、パージガスとして、窒素の外、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、キセノン(Xe)などの希ガスを使用することもできる。
上述した再酸化プロセスでは、水蒸気/水素混合ガスを使ってウエハ1の酸化を行ったが、W膜やMo膜を酸化することなくシリコンを酸化することのできる他のガス、例えば酸素(O)、NO、CO、COなどの酸化性ガスや、これらの酸化性ガスと水蒸気/水素混合ガスとを混合したガスを使ってもよい。但し、COやCOは、熱処理中にWやMoと反応してカーバイドなどの異物を生成する可能性があるので、この点に留意して使用する必要がある。
上記の再酸化プロセスによれば、基板1表面の酸化物汚染が極めて低いレベルに保たれるので、所望する温度までの昇温とその後の降温とを窒素雰囲気中で行う場合に比べて、基板1の表面に付着する酸化物27の量を2桁から3桁程度少なくすることができた。
しかしながら、上記の再酸化プロセスでウエハ1の昇降温を還元性雰囲気で行っても、再酸化プロセス中に僅かな酸化物汚染が付着することがある。この場合は、次の工程である不純物のイオン注入時に酸化物汚染がゲート絶縁膜6中にノックオンされ、素子の電気特性を劣化させる虞れがある。
そこで、次のイオン注入工程に移る前に基板(ウエハ)1の表面をウェット洗浄し、酸化物汚染のレベルをさらに低減することが有効である。但し、ここでの洗浄は、ゲート電極7A、7B、7Cの側壁に露出したW膜25が酸化されない条件で行う必要がある。特に、前記再酸化プロセスで還元雰囲気に曝されたW膜25は、その表面が通常のW膜よりも活性になっており、かつ酸化物27の還元によって表面積が大きくなっているので、再酸化プロセス前のW膜25よりも酸化され易い。
従って、この洗浄工程においても、酸化性溶液を用いることは避けなければならない。すなわち、還元性溶液で洗浄し、さらにゲート電極7A、7B、7Cの側壁に露出したW膜25の表面に存在するW酸化物も同時に除去できることが望ましい。この条件を実現するため、本発明者らは、図21に示したタングステン−水系の酸化還元電位とpH状態図(この状態図は、Emil A.Knee,Chilkunda Raghunath,Srini Raghavan and Joong S.Jeon:Electrochmistry of Chemical Vapor Deposited Tungsten Films with Relevance to Chemical Mechnical Polishing,J.Electrochem.Soc.,Vol.143,No.12,pp.4095−4100,December,1996に記載されている)において、W存在領域とWOの負イオン存在領域の境界近傍の性質を持つ水を用いることが望ましいことを見出した。
実験の結果、このような水を用いることにより、W膜の表面に存在するW酸化物(WO)がWOの負イオンとして水に溶出し、その後、W膜の表面は、ほとんど酸化されなかった。また、このような望ましい効果が得られるのは、pH6.5以上、12未満の範囲、より好ましくはpH7以上、10.5未満の範囲にあるほぼ中性または弱アルカリ性の純水または薬液を使用した場合であった。その他、超純水による洗浄のみでも酸化物汚染を3桁程度除去することができた。また、この超純水に水素ガスを約0.2mg/l〜約2mg/l程度添加した水素含有水で洗浄した場合は、純水を使用した場合に比べて酸化物汚染の除去率を1.5倍程度高めることができた。
酸化物汚染の溶出効率を高めるために、上記した超純水や水素含有水にアンモニアを加えて弱アルカリ性にした水溶液を使用してもよい。実験の結果、水に0.2ミリモルから120ミリモルのアンモニアを添加することにより、pHを11.5、酸化還元ポテンシャルを580mVから870mVの還元ポテンシャルにすることができ、これによって、W膜を酸化することなく表面に形成されていたW酸化物を水の中に溶出させて除去することができた。この結果は、ゲート電極周辺の酸化シリコン膜上に付着したWOを溶出して除去できることを示している。これにより、次の熱処理工程でのW酸化物昇華量を低減でき、LSIの汚染を抑止することができる。
上記した水または薬液は、W膜を容易に酸化する過酸化水素を実質的に含まないものを使用することが好ましい。また、微量の過酸化水素を含んだものであっても、濃度30重量%の過酸化水素を100%とした場合に、過酸化水素が体積比で0.3%以上は含まれていないものを使用すべきである。
また、上記した水または薬液を使ったウエハ1の洗浄時には、超音波などの機械的振動を加えることで汚染の除去効率をより一層高めることができる。また、除去された汚染が再付着するのを防ぐためには、静水状態でなく流水状態で洗浄を行う方がよい。流水洗浄を行った場合には、水−SiO界面にできる電気2重層と、流動水の界面動電位(ツェータ(ζ)ポテンシャル)とによる付着WOの除去効果によって、汚染低減効果が増加すると考えられる。
前述したように、再酸化プロセスで還元雰囲気に曝されたW膜は、通常のW膜よりも酸化され易いため、上記の洗浄は、再酸化処理後、速やかに行うべきである。この場合、酸化炉と洗浄装置とを直結するなど、搬送中の大気との接触による酸化を防ぐ対策も有効である。
図22は、W膜表面に形成された自然酸化膜の水洗による除去効果を全反射蛍光X線で測定した結果を示すグラフである。W膜は、室温で形成したものと、500℃で形成したものとを使用した。500℃で形成したW膜は、室温で形成したW膜に比べて膜の結晶性が高いため、自然酸化膜が形成されにくいという特徴がある。また、いずれの場合も、水温が室温から上昇するにつれて自然酸化膜が増加するが、約60℃を超えると、自然酸化膜の増加よりも洗浄力の方が上回るため、除去効果が高くなるという結果が得られた。このことから、洗浄時の水または薬液の温度を室温〜摂氏50度未満、または摂氏70度以上、より好ましくは、室温〜摂氏45度未満、または摂氏75度以上とすることで自然酸化膜を効率よく除去することができる。
次に、図23に示すように、p型ウエル3の上部をフォトレジスト膜28で覆い、n型ウエル4にB(ホウ素)をイオン注入する。続いて、フォトレジスト膜28をアッシングで除去した後、図24に示すように、n型ウエル4の上部をフォトレジスト膜29で覆い、p型ウエル3にAs(ヒ素)をイオン注入する。BとAsのドーズ量は、例えば3×1013atoms/cmである。
次に、フォトレジスト膜29をアッシングで除去した後、基板1の表面に付着したアッシング残渣を除去するために、基板1の表面をウェット洗浄する。このウェット洗浄は、ゲート電極7A、7B、7Cの側壁に露出したW膜(25)が酸化されない条件で行う必要があるため、再酸化プロセス直後の洗浄工程で使用した前記純水または薬液を使用する。
次に、約950℃の窒素ガス雰囲気中、ランプアニールで基板1を10秒程度熱処理し、上記不純物を電気的に活性化することにより、図25に示すように、ゲート電極7A、7Bの両側のp型ウエル3にn型半導体領域9を形成し、ゲート電極7Cの両側のn型ウエル4にp型半導体領域10を形成する。この後、不純物を活性化するための上記熱処理によってゲート電極7A、7B、7Cの側壁から昇華し、基板1の表面に再付着した極めて微量の酸化物汚染を除去する目的で基板1の表面を洗浄してもよい。この洗浄には、再酸化プロセス直後の洗浄工程で使用した前記純水または薬液を使用することが望ましい。
次に、図26に示すように、基板1上に膜厚50nm程度の窒化シリコン膜11を堆積する。この窒化シリコン膜11は、例えばモノシラン(SiH)とアンモニア(NH)とをソースガスに用いた低圧CVD法で堆積する。この窒化シリコン膜11の成膜フローは、例えば以下の通りである。
まず、あらかじめ窒素が充填された低圧CVD装置のチャンバ内にウエハ1をロードする。チャンバ内の予熱温度は、500℃未満とする。次に、ソースガスの一部であるアンモニアのみをチャンバ内に供給し、チャンバ内をWの酸化物が還元される雰囲気にする。そして、チャンバ内にアンモニアを供給し続けながら、ウエハ1を600℃以上の温度、例えば730℃〜780℃まで昇温する。次に、チャンバ内にアンモニアとモノシランとを供給し、これらのガスを反応させることによって窒化シリコン膜11を堆積する。窒化シリコン膜11の成膜時間は、10分程度である。次に、モノシランの供給を止め、チャンバ内にアンモニアのみを供給し続けながらウエハ1を500℃未満、例えば400℃まで降温した後、チャンバ内を窒素で置換し、ウエハをアンロードする。なお、チャンバ内をアンモニアガス雰囲気から窒素ガス雰囲気に切り換える温度が高い場合は、ゲート電極7A、7B、7Cの側壁のW膜25や、還元されずに残った酸化物27が昇華する虞れがある。従って、アンモニアガスから窒素ガスへの置換は、ウエハ1の温度が300℃〜200℃程度まで降温してから行う方がさらに望ましい。また、上記窒化シリコン膜11の成膜に要する時間に対する要求が比較的厳しくない場合は、ウエハ1の温度が100℃程度、より好ましくは70℃〜室温にまで下がってから、窒素ガス雰囲気への切り換えを行う方が、W膜25の酸化を抑制できることはいうまでもない。
上記のような方法で窒化シリコン膜11を堆積することにより、ゲート電極7A、7B、7Cを構成するW膜25およびWN膜24を酸化することなしに、高温雰囲気で窒化シリコン膜11を堆積することができる。また、ゲート電極7A、7B、7Cの側壁の酸化物27が還元される条件下でウエハ1を昇温するので、チャンバ内で昇華する酸化物27の量を極めて低レベルに保つことができ、窒化シリコン膜11の成膜工程における基板1の汚染を極めて低いレベルに保つことができる。
なお、上記した窒化シリコン膜11の堆積プロセスでは、アンモニア雰囲気中でウエハ1を昇降温したが、Wの酸化物を還元することのできる他のガス、例えば水素、CO、NOなどのガス雰囲気中でウエハ1を昇降温してもよい。但し、これらのガスを使用する場合は、CVD装置の配管系統などを増設する必要がある。また、パージガスとしてアルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、キセノン(Xe)などの希ガスを使用することもできる。さらに、ソースガスとしてジクロルシラン(SiHCl)とアンモニアとの混合ガスなどを使用することもできる。
以上のようなプロセスにより、基板1の表面のW酸化物汚染濃度を検出限界レベルである1×1010個/cm以下にまで低減することができた結果、DRAMのリフレッシュ時間が対策前の50msから200ms以上に改善された。
窒化シリコン膜11は、低圧CVD法に代えてプラズマCVD法で堆積することもできる。プラズマCVD法は、低圧CVD法よりも低い温度(400℃〜500℃)で膜を形成できるという利点があるため、Wの酸化物が生成し難い利点があるが、膜の緻密性は、低圧CVD法よりも劣る。この場合も、Wの酸化物が還元される雰囲気で昇温および降温を行うことにより、窒化シリコン膜11の成膜工程における基板1の汚染を極めて低いレベルに保つことができる。また、プラズマCVD法で窒化シリコン膜を堆積する際は、それに先立つ工程でW膜25の表面に形成された酸化物を除去するため、前記アンモニアや水素などを含んだ還元性雰囲気中でプラズマ処理をした後、成膜を行うことが有効である。
以下、窒化シリコン膜11を堆積した後のプロセスを簡単に説明する。まず、図27に示すように、メモリアレイの基板1の上部をフォトレジスト膜(図示せず)で覆い、周辺回路部の窒化シリコン膜11を異方的にエッチングすることによって、周辺回路部のゲート電極7B、7Cの側壁にサイドウォールスペーサ11cを形成する。
次に、周辺回路部のp型ウエル3にAsまたはPをイオン注入することによって高不純物濃度のn型半導体領域(ソース、ドレイン)12を形成し、n型ウエル4にBをイオン注入することによって高不純物濃度のp型半導体領域(ソース、ドレイン)を形成する。ここまでの工程により、周辺回路部のnチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQpが完成する。
次に、図28に示すように、ゲート電極7A〜7Cの上部にスピンオングラス膜と2層の酸化シリコン膜とによって構成される層間絶縁膜15を形成した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチングでn型半導体領域9の上部の窒化シリコン膜11を除去し、n型半導体領域9の表面を露出させることによってコンタクトホール16、17を形成する。窒化シリコン膜11のエッチングは、素子分離溝2に埋め込まれた酸化シリコン膜5に対する窒化シリコン膜11のエッチングレートが大きくなるような条件で行い、素子分離溝5が深く削れないようにする。また、このエッチングは、窒化シリコン膜11が異方的にエッチングされるような条件で行い、ゲート電極7A(ワード線WL)の側壁に窒化シリコン膜11を残すようにする。これにより、微細な径を有するコンタクトホール16、17がゲート電極7A(ワード線WL)に対して自己整合(Self−align)で形成される。
次に、図29に示すように、コンタクトホール16、17の内部にプラグ18を形成する。プラグ18を形成するには、コンタクトホール16、17の内部および層間絶縁膜15の上部にPをドープした多結晶シリコン膜をCVD法で堆積し、続いて層間絶縁膜15の上部の不要な多結晶シリコン膜をドライエッチングによって除去する。
次に、窒素ガス雰囲気中で基板1を熱処理し、プラグ18を構成する多結晶シリコン膜中のPをn型半導体領域9に拡散させることによって、低抵抗のn型半導体領域9(ソース、ドレイン)を形成する。ここまでの工程で、メモリアレイにメモリセル選択用MISFETQtが形成される。
次に、図30および図31に示すように、層間絶縁膜15の上部にCVD法で酸化シリコン膜19を堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチングで周辺回路部の酸化シリコン膜19およびその下層の層間絶縁膜15をドライエッチングすることによって、nチャネル型MISFETQnのソース、ドレイン(n型半導体領域12)の上部にコンタクトホール21を形成し、pチャネル型MISFETQpのソース、ドレイン(p型半導体領域13)の上部にコンタクトホール22を形成する。また、このとき同時に、メモリアレイの酸化シリコン膜19をエッチングすることによって、コンタクトホール16の上部にスルーホール20を形成する。
次に、図32に示すように、周辺回路部に形成された上記コンタクトホール21、22およびメモリアレイに形成された上記スルーホール20の内部にプラグ23を形成する。プラグ23を形成するには、例えばコンタクトホール21、22およびスルーホール20の内部を含む酸化シリコン膜19の上部にスパッタリング法およびCVD法でTiN膜およびW膜を堆積した後、酸化シリコン膜19の上部の不要なW膜およびTiN膜化学機械研磨法で除去する。
次に、図33に示すように、メモリアレイの酸化シリコン膜19上にビット線BLを形成し、周辺回路部の酸化シリコン膜19上に配線30〜33を形成する。ビット線BLおよび配線30〜33は、例えば酸化シリコン膜19上にスパッタリング法でW膜とWN膜とを堆積し、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングでこれらの膜をパターニングすることによって形成する。
次に、図34に示すように、ビット線BLおよび配線30〜33の上部にスピンオングラス膜と2層の酸化シリコン膜とによって構成される層間絶縁膜40を形成し、続いて層間絶縁膜40およびその下層の酸化シリコン膜19をドライエッチングしてコンタクトホール17の上部にスルーホール43を形成した後、スルーホール43の内部に多結晶シリコン膜からなるプラグ44を形成する。プラグ44を形成するには、スルーホール43の内部および層間絶縁膜40の上部にPをドープした多結晶シリコン膜をCVD法で堆積し、続いて層間絶縁膜40の上部の不要な多結晶シリコン膜をドライエッチングによって除去する。
次に、図35に示すように、層間絶縁膜40の上部にCVD法で窒化シリコン膜45を堆積し、続いて窒化シリコン膜45の上部にCVD法で酸化シリコン膜46を堆積した後、フォトレジスト膜をマスクにしてメモリアレイの酸化シリコン膜46をドライエッチングし、続いてその下層の窒化シリコン膜45をドライエッチングすることにより、スルーホール44の上部に溝47を形成する。
次に、図36に示すように、溝47の内壁に多結晶シリコン膜によって構成される情報蓄積用容量素子Cの下部電極48を形成する。下部電極48を形成するには、まず溝47の内部および酸化シリコン膜46の上部に、P(リン)をドープしたアモルファスシリコン膜(図示せず)をCVD法で堆積した後、酸化シリコン膜46の上部の不要なアモルファスシリコン膜をドライエッチングで除去する。次に、溝47の内部に残った上記アモルファスシリコン膜の表面をフッ酸系の洗浄液でウェット洗浄した後、減圧雰囲気中でアモルファスシリコン膜の表面にモノシラン(SiH)を供給し、続いて基板1を熱処理してアモルファスシリコン膜を多結晶化すると共に、その表面にシリコン粒を成長させる。これにより、表面が粗面化された多結晶シリコン膜からなる下部電極48が形成される。表面が粗面化された多結晶シリコン膜は、その表面積が大きいので、微細化された情報蓄積用容量素子Cの蓄積電荷量を増やすことができる。
次に、図37に示すように、溝47の内部に形成された下部電極48上の表面および溝47の外部の酸化シリコン膜46の表面に、情報蓄積用容量素子Cの容量絶縁膜49となるTa(酸化タンタル)膜をCVD法で堆積し、続いて酸素雰囲気中で基板1を熱処理することによって、Ta膜を改質、結晶化する。続いて、Ta膜の上部に情報蓄積用容量素子Cの上部電極50となるTiN膜を堆積し、周辺回路部のTa膜とTiN膜とをエッチングで除去する。これにより、TiN膜からなる上部電極50、Ta膜からなる容量絶縁膜49および多結晶シリコン膜からなる下部電極48によって構成される情報蓄積用容量素子Cが形成される。また、ここまでの工程により、メモリセル選択用MISFETQtとこれに直列に接続された情報蓄積用容量素子CとからなるDRAMのメモリセルが完成する。
その後、情報蓄積用容量素子Cの上部にCVD法で酸化シリコン膜50を堆積し、さらにその上部に図示しない2層程度のAl配線を形成することにより、前記図2、図3に示す本実施形態のDRAMが完成する。
(実施の形態2)
本実施形態は、ロジック混載DRAMに適用したものであり、その製造方法の一例を、図38〜図45を用いて工程順に説明する。なお、製造方法を示す各断面図の左側部分はDRAMのメモリアレイの一部を示し、右側部分はロジック部の一部を示している。
まず、図38に示すように、例えばp型の単結晶シリコンからなる基板1を用意し、前記実施の形態1と同様の方法で基板1の主面に素子分離溝2を形成した後、基板1の一部にp型ウエル3、他の一部にn型ウエル4を形成し、続いて基板1をスチーム酸化することによって、p型ウエル3の表面およびn型ウエル4の表面に、膜厚6nm程度の酸化シリコン膜からなる清浄なゲート絶縁膜6を形成する。ゲート絶縁膜6は、酸化シリコン膜に代えて酸窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との複合絶縁膜などで形成してもよい。
次に、図39に示すように、ゲート絶縁膜6の上部にノンドープのアモルファスシリコン膜14aを堆積する。アモルファスシリコン膜14aは、例えばモノシラン(SiH)をソースガスに用いたCVD法で堆積し、その膜厚は70nm程度とする。モノシラン(SiH)をソースガスに用いたCVD法でアモルファスシリコン膜14aを形成する場合は、成膜温度を500℃〜550℃の範囲内、例えば530℃に設定する。なお、成膜温度を600℃以上に設定した場合は、前記実施の形態1のように多結晶シリコン膜14nが得られる。また、ジノシラン(Si)をソースガスに用いたCVD法で堆積する場合も、多結晶シリコン膜が得られる温度よりも低い温度、例えば約520℃程度で成膜することによって、アモルファスシリコン膜14aが得られる。なお、上記ノンドープのアモルファスシリコン膜14aに代えて、Ge(ゲルマニウム)を最大で50%前後含んだシリコン膜を使用してもよい。例えばCVD法で多結晶シリコン膜を堆積し、次に、この多結晶シリコン膜にイオン注入法でGeを導入することにより、Geを含んだアモルファスシリコン膜が得られる。
後述するように、本実施形態のロジック混載DRAMは、ロジック部のnチャネル型MISFETとpチャネル型MISFETを共に表面チャネル型とするために、nチャネル型MISFETのゲート電極の一部である多結晶シリコン膜をn型で構成し、pチャネル型MISFETのゲート電極の一部である多結晶シリコン膜をp型で構成する。この場合、ゲート絶縁膜6の上部にノンドープの多結晶シリコン膜を堆積し、次に、pチャネル型MISFET形成領域の多結晶シリコン膜をp型にするためにホウ素(B)をイオン注入した場合は、ホウ素の一部がチャネリング現象によって多結晶シリコン膜とゲート絶縁膜6とを突き抜け、基板1のチャネル領域に導入されてしまう虞れがある。
従って、本実施形態のように、pチャネル型MISFETのゲート電極の一部をp型多結晶シリコン膜で構成する場合には、チャネリング現象が生じ難い上記アモルファスシリコン膜14aを使用することが望ましい。他方、前記実施の形態1のDRAMのように、全てのゲート電極(7A、7B、7C)のシリコン膜をn型導電性のシリコン膜で構成するような場合は、上記したホウ素の突き抜けの問題が生じないので、アモルファスシリコン膜14aに代えて多結晶シリコン膜を使用してもよい。
次に、図40に示すように、p型ウエル3の上部をフォトレジスト膜60で覆い、n型ウエル4の上部のアモルファスシリコン膜14aにB(ホウ素)をイオン注入する。Bのドーズ量は、例えば2×1015atoms/cm、注入エネルギーは、例えば5keVとする。続いて、フォトレジスト膜60をアッシングで除去した後、図41に示すように、n型ウエル4の上部をフォトレジスト膜61で覆い、p型ウエル3の上部のアモルファスシリコン膜14aにP(リン)をイオン注入する。Pのドーズ量は、例えば2×1015atoms/cm、注入エネルギーは、例えば10keVである。
次に、フォトレジスト膜61をアッシングで除去し、フッ酸を使って多結晶シリコン膜14nの表面を洗浄した後、約950℃の窒素雰囲気中、1分程度のランプアニールを行ってアモルファスシリコン膜14aを結晶化すると共に、上記不純物(BおよびP)を電気的に活性化する。これにより、図42に示すように、nチャネル型MISFET形成領域のアモルファスシリコン膜14aがn型の多結晶シリコン膜14nとなり、pチャネル型MISFET形成領域のアモルファスシリコン膜14aがp型の多結晶シリコン膜14pとなる。
なお、アモルファスシリコン膜14aの上部にWN膜やW膜を堆積した後に、アモルファスシリコン膜14aを結晶化するための熱処理を行うと、シリコンの結晶化に伴う応力変化によって、WN膜やW膜が剥離する虞れがある。また、アモルファスシリコン膜14a中の不純物(B、P)がゲート絶縁膜6との界面まで拡散する前に、WN膜やW膜に取り込まれるため、ゲート絶縁膜6の界面近傍で空乏化が生じ、所望の素子特性が得られなくなる虞れもある。従って、上記の熱処理は、アモルファスシリコン膜14aの上部にWN膜やW膜を堆積する前に行うことが望ましい。
次に、フッ酸を使って多結晶シリコン膜14n、14pの表面を洗浄した後、図43に示すように、多結晶シリコン膜14n、14pの上部にアモルファスシリコン膜34aを堆積する。アモルファスシリコン膜34aは、例えばモノシラン(SiH)をソースガスに用いたCVD法で堆積(成膜温度=約530℃)し、その膜厚は10nm程度とする。また、アモルファスシリコン膜34aは、形成当初の不純物濃度が1.0×1017cm未満の極めて低不純物濃度のアモルファスシリコン、あるいは1.0×1014cm未満の実質的にノンドープのアモルファスシリコンで構成する。アモルファスシリコン膜34aは、多結晶シリコン膜14n、14pの表面に生じる極めて薄い自然酸化膜と、次の工程でその上部に堆積するWN膜24との接触を遮断するために形成する。アモルファスシリコン膜34aは、完全なアモルファス状態でなくともよく、例えば極微小のシリコン結晶粒の集合体であってもよい。
次に、フッ酸を使ってアモルファスシリコン膜34aの表面を洗浄した後、図44に示すように、アモルファスシリコン膜34aの上部にスパッタリング法でWN膜24とW膜25とを連続して堆積し、続いてW膜25の上部にCVD法で窒化シリコン膜8を堆積する。WN膜24の膜厚は、5nmから10nm程度とする。また、WN膜24の上部に堆積するW膜25の膜厚は70nm〜80nm程度、窒化シリコン膜8の膜厚は160nm程度とする。WN膜24の上部には、W膜25に代えてMo膜を堆積してもよい。
本実施の形態では、上記WN膜24をスパッタリング法で形成する際、素子完成時の窒素元素組成が少なくとも7%から10%以上、好ましくは13%以上、より好ましくは18%以上となるような条件でWN膜24を形成する。このようなWN膜24を形成するには、WN膜24に高濃度の窒素が含まれるような雰囲気で成膜を行えばよい。すなわちチャンバ内の雰囲気を、アルゴンガスに対する窒素ガスの流量比が1.0以上となるようなガス雰囲気に設定してスパッタリングを行えばよい。具体的には、例えば窒素ガス流量=50sccmから80sccm、アルゴンガス流量=20sccmから30sccm、チャンバ内の真空度=0.5Pa、温度=200℃から500℃の条件で成膜を行う。
また、成膜時のWN膜24の膜厚は、5nmから10nmの範囲内とすることが望ましい。成膜時のWN膜24の膜厚を5nm以上とすることにより、成膜後の熱処理工程でWN膜24の一部と下層のシリコン層とが反応しても、素子完成時の残存膜厚が少なくとも1nm以上となるため、バリア層としての機能が確保される。他方、成膜時のWN膜24の膜厚が10nmを超えると、ゲート電極の配線抵抗が大きくなり、回路の高速動作にとって不利益がある。
また、WN膜24に高濃度の窒素が含まれるような雰囲気で成膜を行った場合でも、成膜後の熱処理工程で過剰の窒素が拡散して離脱するため、素子完成時のWN膜24は、化学量論的に最も安定したWNが主体となる。但し、WN膜24の一部は熱処理の過程で下層のシリコン層と反応するため、素子完成時のWN膜24は、WNとそれ以外のWN、場合によってはさらにWSiNを含んだ混晶となる。
次に、図45に示すように、窒化シリコン膜8の上部に形成したフォトレジスト膜62をマスクにして窒化シリコン膜8、W膜24、WN膜25、アモルファスシリコン膜34aおよび多結晶シリコン膜14n、14pを順次ドライエッチングすることにより、メモリアレイのゲート絶縁膜6上にゲート電極7A(ワード線WL)を形成し、ロジック部のゲート絶縁膜6上にゲート電極7D、7Eを形成する。
その後、前記実施の形態1で説明した方法でメモリアレイにメモリセル選択用MISFETQtを形成し、ロジック部にnチャネル型MISFETおよびpチャネル型MISFETを形成する。この場合も、ゲート絶縁膜6の再酸化処理、洗浄処理、窒化シリコン膜の堆積などを前記実施の形態1と同様の方法で行うことにより、Wの酸化物による基板1の汚染を極めて低いレベルに保つことができる。
図46は、ゲート電極7A、7D、7Eの一部を構成するWN膜24を形成する際の窒素流量とWN膜24の結晶構造との関係を、WNx膜24の成膜直後と950℃の窒素ガス中で1分間熱処理を行った後とでX線回折測定により調べた結果を示すグラフである。図示のように、WN膜24を形成する際の窒素流量を10sccmとした場合は、高温熱処理の過程でWN膜24中の窒素が放出されてW膜となってしまうため、WN膜24のバリア層としての機能が失われてしまう。
図47は、アルゴンガスの流量を一定(40sccm)に保ち、窒素ガス流量を変えて成膜したWN膜を種々の温度で熱処理した時の膜応力を測定したグラフであり、(a)は基板温度400℃で成膜した場合、(b)は基板温度200℃で成膜した場合を示している。図示のように、WN膜を形成する際の窒素流量が少ない場合は、その後の熱処理によって窒素が放出され、膜が収縮するために、膜応力が増加することが判る。
図48は、窒素ガスとアルゴンガスの流量比を変えて成膜したWN膜を含むゲート電極の耐圧、およびWN膜/多結晶シリコン膜界面の接触抵抗の関係を調べた結果を示している。図示のように、窒素ガスの流量比が少ない条件で成膜したWN膜の場合、ゲート電極の耐圧が低下し、WN膜/多結晶シリコン膜界面の接触抵抗が増加する。
このように、WN膜24に高濃度の窒素が含まれるような雰囲気で成膜を行う本実施の形態によれば、熱処理工程後においてもWN膜中にNが残存しているため、WN膜24のバリア層としての機能が失われることはない。また、WN膜24と多結晶シリコン膜14n、14pとの間にアモルファスシリコン膜34aを介在させることにより、多結晶シリコン膜14n、14pの表面に生じた極めて薄い自然酸化膜とWN膜24との接触による高抵抗層の形成を抑制することができる。なお、熱処理工程を経たアモルファスシリコン膜34aは、下層の多結晶シリコン膜14n、14pよりも平均結晶粒径が小さい多結晶膜となる。
以上のようなプロセスにより、ゲート電極7A、7D、7Eを構成するWN膜24と多結晶シリコン膜14n、14pとの界面の接触抵抗を、対策前の5kΩ/μm〜10kΩ/μmから1kΩ/μmに低減することができた。
また、ゲート絶縁膜6の再酸化処理、洗浄処理、窒化シリコン膜の堆積などを前記実施の形態1と同様の方法で行うことにより、Wの酸化物による基板1の汚染を極めて低いレベルに保つことができた結果、DRAMのリフレッシュ時間を顕著に改善することができた。
(実施の形態3)
前記実施の形態2では、WN膜24と多結晶シリコン膜14n、14pとの間にアモルファスシリコン膜34aを介在させることによって、WN膜24と多結晶シリコン膜14n、14pとの接触抵抗を低減したが、本実施の形態では、WN膜24と多結晶シリコン膜14n、14pとの間に薄い膜厚のW膜62を介在させることによって、WN膜24と多結晶シリコン膜14n、14pとの接触抵抗を低減する。
このプロセスを説明すると、まず図49に示すように、nチャネル型MISFET形成領域のゲート絶縁膜6上にn型の多結晶シリコン膜14nを形成し、pチャネル型MISFET形成領域のゲート絶縁膜6上にp型の多結晶シリコン膜14pを形成する。ここまでの工程は、前記実施の形態2の図38から図42に示した工程と同じである。
次に、フッ酸を使って多結晶シリコン膜14n、14pの表面を洗浄した後、図50に示すように、多結晶シリコン膜14n、14pの上部にW膜65を堆積する。W膜65は、例えばスパッタリング法で堆積し、その膜厚は5nm程度とする。
次に、図51に示すように、W膜65の上部に前記実施の形態2と同じ方法でWN膜24、W膜25および窒化シリコン膜8を順次堆積する。WN膜24の膜厚は5nmから10nm程度、W膜25の膜厚は70nm〜80nm程度、窒化シリコン膜8の膜厚は160nm程度とする。WN膜24の上部には、W膜25に代えてMo膜を堆積してもよい。また、WN膜24は、前記実施の形態2と同様、高濃度の窒素が含まれるような雰囲気で成膜を行い、素子完成時の窒素元素組成が少なくとも7%から10%以上、好ましくは13%以上、より好ましくは18%以上となるようにする。その後の工程は、前記実施の形態2と同じである。
このように、WN膜24と多結晶シリコン膜14n、14pとの間にW膜62を介在させることにより、その後の熱処理の過程でW膜62と多結晶シリコン膜14n、14pとが反応し、Wシリサイド(WSi)を主体とする導電層が形成される。これにより、多結晶シリコン膜14n、14pの表面に生じた自然酸化膜とWN膜24との接触による高抵抗層の形成が抑制されるので、前記実施の形態2とほぼ同様の効果を得ることができる。
以上のようなプロセスにより、ゲート電極7A、7D、7Eを構成するWN膜24と多結晶シリコン膜14n、14pとの界面の接触抵抗を、対策前の5kΩ/μm〜10kΩ/μmから1kΩ/μmに低減することができた。
また、ゲート絶縁膜6の再酸化処理、洗浄処理、窒化シリコン膜の堆積などを前記実施の形態1と同様の方法で行うことにより、Wの酸化物による基板1の汚染を極めて低いレベルに保つことができた結果、DRAMのリフレッシュ時間を顕著に改善することができた。
なお、本実施形態では、WN膜24と多結晶シリコン膜14n、14pとの間にW膜62を介在させ、その後の熱処理の過程でW膜62と多結晶シリコン膜14n、14pとを反応させてWシリサイドを主体とする導電層が形成したが、多結晶シリコン膜14n、14pの上部に薄いWシリサイド膜を形成し、その上部にWN膜24とW膜25とを堆積してもよい。これにより、WN膜24中の窒素が多結晶シリコン膜14n、14pとの界面に拡散して高抵抗の窒化シリコン層を形成する不具合を防止することができる。また、熱処理の過程でW膜62と多結晶シリコン膜14n、14pとを反応させてWシリサイド層を形成する場合は、反応が局所的に生じ、ゲート耐圧が低下することがあるが、始めからWシリサイド膜を堆積した場合は、このような局所的反応が生じにくい。このWシリサイド膜の膜厚は、5nmから20nm程度でよい。また、WSiのXは、2.0〜2.7程度がよい。
(実施の形態4)
本実施形態は、nチャネル型MISFETとpチャネル型MISFETで回路を構成するCMOSロジックLSIに適用したものであり、その製造方法の一例を、図52〜図56を用いて工程順に説明する。
まず、図52に示すように、例えばp型の単結晶シリコンからなる基板1を用意し、前記実施の形態1と同様の方法で基板1の主面に素子分離溝2、p型ウエル3、n型ウエル4およびゲート絶縁膜6を順次形成する。
次に、図53に示すように、ゲート絶縁膜6の上部に1.0×1019cm以上の濃度のP(リン)をドープした低抵抗のn型多結晶シリコン膜14nを堆積し、フッ酸を使って多結晶シリコン膜14nの表面を洗浄した後、多結晶シリコン膜14nの上部にスパッタリング法で膜厚5nmから10nm程度のWN膜24を堆積する。
前記実施の形態2と同様、WN膜24は、高濃度の窒素が含まれるような雰囲気で成膜を行い、素子完成時の窒素元素組成が少なくとも7%から10%以上、好ましくは13%以上、より好ましくは18%以上となるようにする。また、WN膜24は、素子完成時の残存膜厚が少なくとも1nm以上となるような膜厚で堆積する。
また、前記実施の形態3と同様、多結晶シリコン膜14nの表面に生じた自然酸化膜とWN膜24との接触による高抵抗層の形成を抑制する目的で、WN膜24と多結晶シリコン膜14nとの間にW膜62を形成してもよい。
次に、図54に示すように、基板1の主面にP(リン)をイオン注入する。このイオン注入は、PがWN膜24を貫通し、多結晶シリコン膜14nの表面から10nm以下の領域に達するようなエネルギーで行う。例えばWN膜24の膜厚が3nm〜15nm程度の場合、Pの打ち込みエネルギーは、2keV〜10keVとする。
また、このイオン注入は、多結晶シリコン膜14nの表面領域のP濃度が5×1019atoms/cm以上となるようなドーズ量で行う。また、このイオン注入を行った後、約950℃の窒素雰囲気中、1分程度のランプアニールを行い、多結晶シリコン膜14n中の不純物(P)を電気的に活性化してもよい。なお、多結晶シリコン膜14n中の不純物(P)は、後の熱処理工程で電気的に活性化されるので、ここでの熱処理は省略してもよい。
上記のイオン注入は、多結晶シリコン膜14nを堆積した後、WN膜24を堆積する前に行ってもよい。また、WN膜24と多結晶シリコン膜14nとの間にW膜62を形成する場合は、W膜を形成した後にこのイオン注入を行い、その後、W膜の上部にWN膜24を堆積してもよい。
次に、図55に示すように、WN膜24の上部にスパッタリング法で膜厚70nm程度のW膜25を堆積した後、W膜25の上部にCVD法で膜厚160nm程度の窒化シリコン膜8を堆積する。なお、WN膜24の上部には、W膜25に代えてMo膜を堆積してもよい。また、W膜25を堆積した後、基板1の主面にもう一度イオン注入を行い、W膜25およびWN膜24を通じて多結晶シリコン膜14nにPをドープすることによって、多結晶シリコン膜14nの表面領域をさらに低抵抗化してもよい。
次に、図56に示すように、窒化シリコン膜8の上部に形成したフォトレジスト膜63をマスクにして窒化シリコン膜8、W膜24、WN膜25および多結晶シリコン膜14nを順次ドライエッチングすることにより、p型ウエル3上にnチャネル型MISFETのゲート電極7Fを形成し、n型ウエル4上にpチャネル型MISFETのゲート電極7Gを形成する。
その後、Wの酸化物による基板1の汚染を極めて低いレベルに保つため、上記ドライエッチングで削られたゲート絶縁膜6の再酸化処理、その後の洗浄処理および窒化シリコン膜の堆積などを前記実施の形態1と同様の方法で行う。
本実施の形態では、ゲート電極7F、7Gのそれぞれの一部である多結晶シリコン膜をn型で構成したが、nチャネル型MISFETとpチャネル型MISFETを共に表面チャネル型とするために、nチャネル型MISFETのゲート電極7Fの一部である多結晶シリコン膜をn型で構成し、pチャネル型MISFETのゲート電極7Gの一部である多結晶シリコン膜をp型で構成してもよい。この場合は、前記実施の形態2と同様、ゲート絶縁膜6上にノンドープのアモルファスシリコン膜を堆積し、続いてフォトレジスト膜をマスクにしたイオン注入で、nチャネル型MISFET形成領域のアモルファスシリコン膜にPを導入し、pチャネル型MISFET形成領域のアモルファスシリコン膜にBを導入することにより、チャネリング現象によるBの突き抜けを防ぐことができる。
(実施の形態5)
前記実施の形態4では、不純物のイオン注入法によって多結晶シリコン膜14nの表面領域を低抵抗化したが、次のような方法で多結晶シリコン膜14nの表面領域を低抵抗化することもできる。
まず、図57に示すように、例えばp型の単結晶シリコンからなる基板1の主面に素子分離溝2、p型ウエル3、n型ウエル4およびゲート絶縁膜6を順次形成し、続いてゲート絶縁膜6の上部に1.0×1019cm以上の濃度のP(リン)をドープした低抵抗のn型多結晶シリコン膜14nを堆積する。ここまでの工程は、前記実施の形態4と同じである。
次に、図58に示すように、多結晶シリコン膜14nの上部に5.0×1019cm以上の濃度のPをドープした低抵抗のn型多結晶シリコン膜64をCVD法で堆積した後、基板1を熱処理し、n型多結晶シリコン膜64中のPを多結晶シリコン膜14nの表面から10nm以下の表面領域に拡散させ、この表面領域のP濃度を5×1019atoms/cm以上とする。なお、この熱拡散処理を行った後、約950℃の窒素雰囲気中、1分程度のランプアニールを行い、多結晶シリコン膜14n中のPを電気的に活性化してもよいが、多結晶シリコン膜14n中のPは、後の熱処理工程で電気的に活性化されるので、この熱処理は省略してもよい。
次に、図59に示すように、n型多結晶シリコン膜64をドライエッチングで除去した後、基板1の表面に露出した多結晶シリコン膜14nの表面をフッ酸で洗浄する。
次に、図60に示すように、多結晶シリコン膜14nの上部にスパッタリング法で膜厚5nmから10nm程度のWN膜24を堆積する。前記実施の形態4と同様、WN膜24は、高濃度の窒素が含まれるような雰囲気で成膜を行い、素子完成時の窒素元素組成が少なくとも7%から10%以上、好ましくは13%以上、より好ましくは18%以上となるようにする。また、WN膜24は、素子完成時の残存膜厚が少なくとも1nm以上となるような膜厚で堆積する。
また、前記実施の形態3と同様、多結晶シリコン膜14nの表面に生じた自然酸化膜とWN膜24との接触による高抵抗層の形成を抑制する目的で、WN膜24と多結晶シリコン膜14nとの間にW膜を形成してもよい。
その後、図61に示すように、WN膜24の上部にスパッタリング法で膜厚70nm程度のW膜25を堆積した後、W膜25の上部にCVD法で膜厚160nm程度の窒化シリコン膜8を堆積する。
次に、図62に示すように、窒化シリコン膜8の上部に形成したフォトレジスト膜63をマスクにして窒化シリコン膜8、W膜24、WN膜25および多結晶シリコン膜14nを順次ドライエッチングすることにより、p型ウエル3上にnチャネル型MISFETのゲート電極7Fを形成し、n型ウエル4上にpチャネル型MISFETのゲート電極7Gを形成する。
その後、Wの酸化物による基板1の汚染を極めて低いレベルに保つため、上記ドライエッチングで削られたゲート絶縁膜6の再酸化処理、その後の洗浄処理および窒化シリコン膜の堆積などを前記実施の形態1と同様の方法で行う。
本実施の形態では、多結晶シリコン膜14nの上部に堆積した多結晶シリコン膜64中のPを熱拡散させ、多結晶シリコン膜14nの表面領域を低抵抗化したが、例えば多結晶シリコン膜14nの表面領域にイオン注入法でPを導入し、次に、多結晶シリコン膜14nの上部に酸化シリコン膜などの絶縁膜を形成して熱処理を行い、多結晶シリコン膜14nの表面領域に導入された前記Pを絶縁膜との界面近傍に偏析させた後、絶縁膜を除去することによって、多結晶シリコン膜14nの表面領域を低抵抗化してもよい。絶縁膜は、例えば多結晶シリコン膜14nの表面を熱酸化して形成した酸化シリコン膜、あるいは多結晶シリコン膜14n上にCVD法で堆積した酸化シリコン膜などで構成するが、これに限定されるものではない。
(実施の形態6)
本実施形態は、フラッシュメモリに適用したものであり、その製造方法の一例を、図63〜図76を用いて工程順に説明する。
まず、図63に示すように、前記実施の形態1と同様の方法で基板1の主面に素子分離溝2、p型ウエル3、ゲート絶縁膜6を形成した後、図64および図65に示すように、基板1上にCVD法で膜厚70nm〜100nm程度のn型多結晶シリコン膜66nを堆積する。多結晶シリコン膜66nには、その堆積工程中にn型不純物、例えばリン(P)をドープする。あるいは、ノンドープの多結晶シリコン膜を堆積した後にイオン注入法でn型不純物をドープしてもよい。多結晶シリコン膜66nは、メモリセルを構成するMISFETのフローティングゲート電極として使用される。
次に、図66および図67に示すように、フォトレジスト膜をマスクにして多結晶シリコン膜66nをドライエッチングすることにより、アクティブ領域Lの上部に、その延在方向に沿って延在する長い帯状の平面パターンを有する多結晶シリコン膜66nを形成する。
次に、図68および図69に示すように、多結晶シリコン膜66nが形成された基板1上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜からなるONO膜67を形成する。ONO膜67は、メモリセルを構成するMISFETの第2ゲート絶縁膜として使用され、例えば基板1上にCVD法で膜厚5nmの酸化シリコン膜、膜厚7nmの窒化シリコン膜および膜厚4nmの酸化シリコン膜を順次堆積することによって形成する。
次に、図70および図71に示すように、ONO膜67の上部にP(リン)をドープしたn型多結晶シリコン膜14n、WN膜24、W膜25および窒化シリコン膜8を順次堆積する。多結晶シリコン膜14n、W膜25および窒化シリコン膜8は、前記実施の形態1と同じ方法で堆積する。また、WN膜24は、多結晶シリコン膜14nとの接触抵抗を低減するため、前記実施の形態2と同様の方法で堆積する。すなわち、WN膜24は、素子完成時の窒素元素組成が少なくとも7%から10%以上、好ましくは13%以上、より好ましくは18%以上となるような条件で形成する。また、素子完成時の残存膜厚を少なくとも1nm以上とするため、成膜時のWN膜24の膜厚は、5nmから10nmの範囲内とすることが望ましい。また、WN膜24と多結晶シリコン膜14nとの接触抵抗を低減するために、前記実施の形態3、4または5で説明したプロセスを採用してもよい。
多結晶シリコン膜14nは、メモリセルを構成するMISFETのコントロールゲート電極およびワード線WLとして使用される。また、窒化シリコン膜8は、コントロールゲート電極の上部を保護する絶縁膜として使用される。多結晶シリコン膜14nは、Ge(ゲルマニウム)を最大で50%前後含んだシリコン膜で構成することもできる。
次に、図72に示すように、窒化シリコン膜8の上部に形成したフォトレジスト膜(図示せず)をマスクにして窒化シリコン膜8、W膜24、WN膜25、、多結晶シリコン膜14n、ONO膜67および多結晶シリコン膜66nを順次ドライエッチングすることにより、多結晶シリコン66nからなるフローティングゲート電極68と、W膜24、WN膜25および多結晶シリコン膜14nからなるポリメタル構造のコントロールゲート電極69(ワード線WL)を形成する。
次に、図73に示すように、MISFETのソースおよびドレインを構成するn型半導体領域70を形成する。n型半導体領域70は、p型ウエル3にn型不純物(例えばヒ素(As))をイオン注入した後、基板1を約900℃で熱処理し、上記n型不純物をp型ウエル3内に拡散させることによって形成する。
ここまでの工程で、ゲート電極(フローティングゲート電極68およびコントロールゲート電極69)のスペース領域のゲート絶縁膜6には、ゲート電極の加工工程や不純物のイオン注入工程で生じたダメージが生じている。このダメージは、フローティングゲート電極68に注入された電子がフローティングゲート電極68の端部から基板1にリークするパスとなるなど、ゲート絶縁膜6の品質を劣化させるため、十分に除去しておく必要がある。
そこで、フッ酸を使ってゲート絶縁膜6をエッチングした後、薄くなったゲート絶縁膜6を補填・再生するための再酸化処理を行う。この再酸化処理を前記実施の形態1と同様の方法で行うことにより、W膜25およびWN膜24の酸化を防ぎ、かつ基板1表面の酸化物汚染を極めて低いレベルに保つことができる。この再酸化処理により、図74に示すように、ゲート電極(フローティングゲート電極68およびコントロールゲート電極69)のスペース領域すなわちn型半導体領域(ソース、ドレイン)70の表面と、フローティングゲート電極68の側壁下端部とにゲート絶縁膜6が再形成される。
次に、基板1の表面を洗浄した後、図75に示すように、基板1上に低圧CVD法で窒化シリコン膜11を堆積する。この洗浄処理および窒化シリコン膜11の堆積を前記実施の形態1と同様の方法で行うことにより、Wの酸化物による基板1の汚染を極めて低いレベルに保つことができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
前記実施の形態では、DRAM、DRAM混載ロジックLSI、CMOSロジックLSI、フラッシュメモリに適用した場合について説明したが、これらのLSIに限定されるものではなく、ポリメタル(Polymetal)構造の導電膜でゲート電極を形成したMISFETを有するLSIに広く適用することができる。
また、本願に記載した発明は、その本質がポリシリコン層と深く結びついているため、ポリシリコン層が必須である場合を除き、ポリシリコン層のない非ポリシリコンメタルゲート電極にも適用できることはいうまでもない。
産業上の利用可能性
本発明は、たとえばポリメタルゲートを有する集積回路装置の製造等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置が形成された半導体チップの全体平面図である。
図2は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の要部平面図である。
図3は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の要部断面図である。
図4は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図5は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部平面図である。
図6は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図7は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図8は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図9は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図10は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部平面図である。
図11は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部拡大断面図である。
図12は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図13は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断拡大面図である。
図14は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造に用いるバッチ式縦型酸化炉の概略図である。
図15は、図14に示すバッチ式縦型酸化炉に接続された触媒方式の水蒸気/水素混合ガス生成装置を示す概略図である。
図16は、図15に示す水蒸気/水素混合ガス生成装置の配管系統図である。
図17は、水蒸気/水素混合ガスを使った酸化還元反応の平衡蒸気圧比(P 2O/PH2)の温度依存性を示すグラフである。
図18は、図14に示すバッチ式縦型酸化炉を使った再酸化プロセスシーケンスの説明図である。
図19は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部拡大断面図である。
図20(a)は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造に用いる枚葉式酸化炉の概略図、(b)は、(a)のB−B’線に沿った断面図である。
図21は、タングステン−水系の酸化還元電位とpHとの関係を示す状態図である。
図22は、W膜表面に形成された自然酸化膜の水洗による除去効果を全反射蛍光X線で測定した結果を示すグラフである。
図23は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図24は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図25は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図26は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図27は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図28は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図29は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図30は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図31は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部平面図である。
図32は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図33は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図34は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図35は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図36は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図37は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図38は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図39は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図40は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図41は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図42は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図43は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図44は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図45は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図46は、ゲート電極の一部を構成するWN膜を形成する際の窒素流量とWN膜の結晶構造との関係をX線回折測定により調べた結果を示すグラフである。
図47(a)、(b)は、アルゴンガスの流量を一定に保ち、窒素ガス流量を変えて成膜したWN膜を種々の温度で熱処理した時の膜応力を測定したグラフである。
図48は、窒素ガスとアルゴンガスの流量比を変えて成膜したWN膜を含むゲート電極の耐圧、およびWN膜/多結晶シリコン膜界面の接触抵抗の関係を調べた結果を示すグラフである。
図49は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図50は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図51は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図52は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図53は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図54は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図55は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図56は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図57は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図58は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図59は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図60は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図61は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図62は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図63は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図64は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図65は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図66は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図67は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図68は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図69は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図70は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図71は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図72は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図73は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図74は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
図75は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
Technical field
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device and a manufacturing technology thereof, and more particularly to a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Effect Transistor) having a polymetal (Polymetal) structure in which a gate electrode is formed by a stacked film of polycrystalline silicon and a high melting point metal. The present invention relates to a technology that is effective when applied to the manufacture of a semiconductor integrated circuit device.
Background art
With respect to polymetal gates or metal gates in general, JP-A-60-89943, JP-A-61-150236, JP-A-60-72229, JP-A-59-10271, and JP-A-56-50 JP-107552, JP-A-61-127123, JP-A-61-127124, JP-A-60-123060, JP-A-61-152076, JP-A-61-267365, JP-A-1-94657, JP-A-8-264531, JP-A-3-119763, JP-A-7-94716, U.S. Pat. Nos. USP4505028, USP5719410, USP53887540, IEEE Transaction Electron Devices, Vol. 43, NO. 11, November 1996, Akasaka et al, p. 1864-1869, Elsevier, Applied Surface Science 117/118 (1997) 312-316, Nakajima et al, Nakajima et al, Advanced metalization confession, Japan Society. (1995).
US Pat. No. 4,282,270 relates to oxynitriding. Further, regarding the treatment of hydrogen exhaust gas, there are US Pat. No. 5,202,096, US Pat. No. 5,083,314, JP-A-8-83772 and JP-A-9-75651.
Further, regarding the problem of moisture and oxidation, there are JP-A-7-321102, JP-A-60-107840, US Pat. No. 5,693,578 and the like.
Further, regarding water synthesis using a catalyst, JP-A-6-333918, JP-A-6-115903, JP-A-5-152282, JP-A-6-1638671, and JP-A-5-141871. JP-A-5-144804, JP-A-6-120206, Nakamura et al, Proceedings of the 45.th  Symposium on Semiconductors and Integrated circuit Technology, Tokyo Dec. 1-2, 1993, the Electronic materials committee, P.S. 128-133 and the like.
Disclosure of the invention
In a CMOS LSI in which a circuit is formed by a fine MOSFET having a gate length of 0.18 μm or less or a DRAM using a similar gate layer for a gate electrode and a wiring, gate delay and signal delay in the wiring are reduced to ensure high-speed operation. In addition, it is considered that a gate processing process using a low-resistance conductive material including a metal layer is adopted.
A promising low-resistance gate electrode material of this type is a so-called polymetal in which a refractory metal film is laminated on a polycrystalline silicon film. Since polymetal has a low sheet resistance of about 2Ω / □, it can be used not only as a gate electrode material but also as a wiring material. As the high melting point metal, W (tungsten), Mo (molybdenum), or the like, which exhibits good low resistance even in a low-temperature process of 800 ° C. or less and has high electromigration resistance, is used. In addition, if these refractory metal films are directly laminated on the polycrystalline silicon film, the adhesive strength between them is reduced, or a high-resistance silicide layer is formed at the interface between the two by a high-temperature heat treatment process. The polymetal gate is formed between the polycrystalline silicon film and the refractory metal film by WN.X(Tungsten nitride) or the like, and has a three-layer structure in which a barrier layer made of a metal nitride film such as tungsten nitride is interposed.
However, between the polycrystalline silicon film and the refractory metal film, WNXWhen the gate electrode is formed in a three-layer structure in which a barrier layer made of a metal nitride film such as (tungsten nitride) is interposed, WN is used in a heat treatment process after processing the gate electrode.XN (nitrogen) is released from the film, and WNXThe present inventors have found that the loss of the function of the film as a barrier layer results in an increase in the contact resistance at the interface between the refractory metal film and the polycrystalline silicon film.
An object of the present invention is to provide a gate electrode having a three-layer structure in which a barrier layer made of a metal nitride film is interposed between a polycrystalline silicon film and a refractory metal film. It is an object of the present invention to provide a technique for preventing an increase in contact resistance at the interface with the interface.
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes the following steps.
(A) forming a gate insulating film on a silicon base surface region where silicon is one of the main components on the first main surface of the wafer;
(B) forming a first silicon-based film having silicon as one of the main components on the gate insulating film;
(C) doping impurities into the first silicon base film by ion implantation;
(D) after the step (c), forming a non-doped second silicon base film containing silicon as one of the main components on the first silicon base film;
(E) forming a tungsten nitride film by sputtering on the second silicon base film so that the nitrogen element composition at the time of device completion is 7% or more;
(F) forming a high melting point metal film containing tungsten or molybdenum as a main component on the nitride film;
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes the following steps.
(A) forming a gate insulating film on a silicon base surface region where silicon is one of the main components on the first main surface of the wafer;
(B) forming, on the gate insulating film, a first silicon base film doped with impurities, using silicon as one of main components;
(C) forming a non-doped second silicon-based film having silicon as one of the main components on the first silicon-based film;
(D) forming a tungsten nitride film by sputtering on the second silicon base film such that the nitrogen element composition at the time of device completion is 7% or more;
(E) forming a high melting point metal film containing tungsten or molybdenum as a main component on the nitride film;
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, members having the same functions are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof will be omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless it is particularly necessary.
Furthermore, in the following embodiments, when it is necessary for convenience, the description will be made by dividing into a plurality of sections or embodiments, but they are not irrelevant to each other, unless otherwise specified. There is a relationship of some or all of the other modifications, details, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including numbers, numerical values, amounts, ranges, etc.), unless otherwise specified, and unless the number is clearly limited to a specific number in principle, The number is not limited to the specific number, and may be more than or less than the specific number. Furthermore, in the following embodiments, it is needless to say that the components (including the element steps and the like) are not necessarily essential, unless explicitly stated or considered to be indispensable in principle. No.
Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape of components and the like, the positional relationship, etc., the shape and the like of the components and the like are substantially excluded, unless otherwise specified and when it is considered that it is not clearly apparent in principle. And those similar to or similar to This is the same for the above numerical values and ranges.
In addition, a semiconductor integrated circuit wafer or a semiconductor wafer refers to a silicon single crystal substrate (generally a substantially circular shape), a sapphire substrate, a glass substrate, or other insulating, anti-insulating or semiconductor substrates used for manufacturing a semiconductor integrated circuit, or a composite thereof. Refers to a substrate. In addition, the term "semiconductor integrated circuit device" (or "electronic device", "electronic circuit device", etc.) refers not only to those made on a single-crystal silicon substrate, but also to the extent that it is not explicitly stated otherwise. The above-mentioned various substrates, or those formed on other substrates such as an SOI (Silicon On Insulator) substrate, a TFT (Thin Film Transistor) liquid crystal manufacturing substrate, an STN (Super Twisted Nematic) liquid crystal manufacturing substrate, and the like. .
When referring to materials, gas compositions, and the like, unless otherwise indicated, in addition to pure materials, materials that include the material as main constituents, etc., shall be indicated, and the addition of other elements shall be allowed.
For example, regarding the gas composition, in addition to the main reaction gas and the processing gas, addition of an additional gas, a diluting gas, and an auxiliary gas that acts as a secondary gas is allowed.
Further, when referring to a silicon oxide film, various silicon oxide-based films generally containing various additives and auxiliary components, that is, a PSG (Phospho Silicate Glass) film, a BPSG (Boro), unless otherwise specified. -A single film or a composite film such as a Phospho Silicate Glass (TEOS) film, a TEOS (Tetra-Ethoxy Silane) oxide film, a silicon oxynitride film, or the like is included.
Further, when referring to silicon nitride, silicon nitride or silicon nitride,3N4Not only that, but an insulating film having a similar composition of silicon nitride is included.
The gate oxide film includes a silicon thermal oxide film, a silicon oxynitride film, other thermal oxide films, a deposited film, and a coating film. Including insulating nitride such as silicon nitride or a composite film thereof.
In addition, when referring to the material of the conductive region on the substrate surface or the conductive region of the deposited film as “silicon” or “silicon base”, unless otherwise specified, relatively pure silicon members are used, and impurities or silicon are added to silicon. A conductive member containing silicon as a main component (for example, a SiGe alloy containing 50% or more of Ge in a silicon base alloy, etc .; for example, a gate polysilicon portion or a channel region) is also included. To SiGe). They also allow high resistance at the beginning of formation, as long as they do not technically contradict.
Some of the deposited films are amorphous at the beginning of the deposition, but may be polycrystalline immediately after the subsequent heat treatment. However, except for when it is deemed particularly necessary, in order to avoid contradictions in expression, from the beginning, It may be displayed in a later form. For example, polycrystalline silicon (polysilicon) is in an amorphous state at the beginning of deposition, and is changed to polycrystalline silicon by a subsequent heat treatment. However, needless to say, polycrystalline silicon can be used from the beginning. An amorphous state at the beginning of deposition has advantages such as prevention of channeling in ion implantation, avoidance of difficulty in workability depending on the shape of agglomerates at the time of dry etching, low sheet resistance after heat treatment, and the like.
Further, other techniques related to the implementation of the present invention are disclosed in detail in the following applications involving the inventor of the present application. That is, Patent Application No. 2000-118491, JP-A-09-172011, JP-A-10-335652, JP-A-10-340909, JP-A-11-330468, JP-A-10-349285, U.S.A. Patent No. 6,066,508, International Publication WO98 / 39802, International Publication WO97 / 28085, and the like.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an overall plan view of a semiconductor chip 1A on which a DRAM (Dynamic Random Access Memory) of the present embodiment is formed. On the main surface of the rectangular semiconductor chip 1A, a DRAM having a storage capacity of, for example, 256 Mbit (megabit) is formed. This DRAM is mainly composed of a storage section composed of a plurality of memory arrays (MARY) and a peripheral circuit section PC arranged around the storage section. At the center of the semiconductor chip 1A, a plurality of bonding pads BP to which connection terminals such as bonding wires are connected are arranged in a row.
FIG. 2 is a plan view of a semiconductor substrate showing a part of a memory array (MARY) of the DRAM, and FIG. 3 is a sectional view of a main part of the semiconductor substrate showing the DRAM. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2, a central region is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2, and a right region is a peripheral circuit portion (PC). It is sectional drawing which shows a part.
For example, an element isolation groove 2, a p-type well 3, and an n-type well are provided on a main surface of a semiconductor substrate (hereinafter, also referred to as a substrate, or sometimes simply a wafer) 1 made of p-type single crystal silicon. 4 are formed. The p-type well of the memory array includes a plurality of memory cells each including an n-channel type memory cell selecting MISFET (Metal Insulator Field Effect Transistor) Qt and an information storage capacitor C formed thereon. Is formed.
The memory cell selection MISFET Qt mainly includes a gate insulating film 6, a gate electrode 7A constituting a word line WL in a region other than the active region L, and a pair of n-type semiconductor regions (source, drain) 9, 9. The gate electrode 7A (word line WL) is formed, for example, on the top of an n-type polycrystalline silicon film doped with P (phosphorus) by WN.XIt is formed of a conductive film having a so-called polymetal structure in which a (tungsten nitride) film and a W film are stacked.
The peripheral circuit portion PC of the DRAM is constituted by a so-called complementary MIS circuit in which a plurality of n-channel MISFETs Qn and a plurality of p-channel MISFETs Qp are combined. The n-channel MISFET Qn is formed in the p-type well 3 and mainly includes a gate insulating film 6, a gate electrode 7B and a pair of n+It is constituted by the type semiconductor regions (source, drain) 12, 12. The p-channel type MISFET Qp is formed in the n-type well 4, and mainly includes the gate insulating film 6, the gate electrode 7C and the pair of p-type MISFETs Qp.+It is constituted by the type semiconductor regions (source, drain) 13, 13. The gate electrodes 7B and 7C are formed of a conductive film having the same polymetal structure as the gate electrode 7A (word line WL) of the memory cell selecting MISFET Qt. Sidewall spacers 11s made of a silicon nitride film are formed on the side walls of the gate electrodes 7B and 7C.
Above the memory cell selection MISFET Qt, the n-channel MISFET Qn, and the p-channel MISFET Qp, a silicon nitride film 11 and an interlayer insulating film 15 that cover the top and side walls of the gate electrode 7A (word line WL) are formed. The interlayer insulating film 15 is composed of, for example, a spin-on-glass (Spin On Glass) film (a silicon oxide-based insulating film formed by a coating method) and a two-layer silicon oxide film formed thereon.
A contact hole 16 formed by opening an interlayer insulating film 15 and a silicon nitride film 11 thereunder is formed above a pair of n-type semiconductor regions 9 and 9 constituting the source and the drain of the memory cell selecting MISFET Qt. 17 are formed. Plugs 18 made of, for example, an n-type polycrystalline silicon film doped with P (phosphorus) are buried in these contact holes 16 and 17.
A silicon oxide film 19 is formed above the interlayer insulating film 15, and a through hole 20 is formed in the silicon oxide film 19 above one of the pair of contact holes 16 and 17 (contact hole 16). I have. The through-hole 20 is arranged above the element isolation groove 2 deviating from the active region L, and is constituted by a two-layer conductive film in which a W film is laminated on a TiN (titanium nitride) film, for example. Plug 23 is embedded. The plug 23 buried in the through hole 20 is one of the source and the drain of the memory cell selecting MISFET Qt (shared by the two memory cell selecting MISFETs Qt) via the plug 18 buried in the contact hole 16 thereunder. It is electrically connected to the n-type semiconductor region 9).
Contact holes 21 and 22 are formed in the silicon oxide film 19 in the peripheral circuit portion and the interlayer insulating film 15 thereunder. The contact hole 21 is formed by a pair of n forming the source and drain of the n-channel type MISFET Qn.+The contact holes 22 are formed on the upper portions of the p-type MISFETs Qp.+Formed above the type semiconductor regions (source, drain) 13, 13. Plugs 23 made of the same conductive material as the plugs 23 embedded in the through holes 20 of the memory array are embedded in these contact holes 21 and 22.
Above the silicon oxide film 19 of the memory array, a plurality of bit lines BL for reading data of a memory cell are formed. These bit lines BL are arranged above the element isolation grooves 2 and extend in the direction orthogonal to the gate electrodes 7A (word lines WL) with the same width and the same interval. Each of the bit lines BL is formed through the plug 23 in the through-hole 20 formed in the silicon oxide film 19 below and the plug 18 in the contact hole 16 below it, and one of the source and the drain of the memory cell selecting MISFET Qt ( It is electrically connected to the n-type semiconductor region 9). The bit line BL is, for example, WNXIt is composed of a conductive film in which a W film is stacked on the film.
First layer wirings 30 to 33 are formed on the silicon oxide film 19 of the peripheral circuit section PC. These wirings 30 to 33 are formed of the same conductive film as the bit line BL, and are formed simultaneously with the bit line BL as described later. The wirings 30 and 31 are connected to the source and drain (n) of the n-channel MISFET Qn through the plug 23 in the contact hole 21 formed in the silicon oxide films 19 and 15.+Wirings 32 and 33 are connected to the source and drain (p) of the p-channel MISFET Qp via the plug 23 in the contact hole 22 formed in the silicon oxide films 19 and 15.+Is electrically connected to the mold semiconductor region 13).
An interlayer insulating film 40 is formed above the bit lines BL and the first-layer wirings 30 to 33. The interlayer insulating film 40 is composed of a spin-on glass film and a two-layer silicon oxide film formed thereon, like the lower interlayer insulating film 15, and the surface thereof has substantially the same height over the entire area of the substrate 1. It is flattened so that
Through holes 43 are formed in the interlayer insulating film 40 of the memory array and the underlying silicon oxide film 19. The through-hole 43 is disposed immediately above the contact hole 17 thereunder, and a plug 44 made of, for example, an n-type polycrystalline silicon film doped with P (phosphorus) is embedded therein. I have.
Above the interlayer insulating film 40, a silicon nitride film 45 and a thick silicon oxide film 46 are formed, and a lower electrode 48 is formed in a deep groove 47 formed in the silicon oxide film 46 of the memory array. , An information storage capacitive element C composed of a capacitive insulating film 49 and an upper electrode 50 is formed. The lower electrode 48 of the information storage capacitance element C is made of, for example, a low-resistance n-type polycrystalline silicon film doped with P (phosphorus), and the memory is formed through the through hole 43 and the contact hole 17 formed thereunder. It is electrically connected to the other of the n-type semiconductor regions (source, drain) 9 of the cell selection MISFET Qt. The capacitance insulating film 49 of the information storage capacitor C is, for example, Ta.2O5The upper electrode 50 is made of, for example, a TiN film.
A silicon oxide film 51 is formed on the information storage capacitor C, and about two layers of Al wiring are formed on the silicon oxide film 51, but these are not shown.
Next, an example of a method of manufacturing the DRAM of the present embodiment configured as described above will be described in the order of steps with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 4, a substrate (wafer) 1 made of, for example, p-type single-crystal silicon is prepared, and an element isolation groove 2 is formed on the main surface thereof. After ion implantation of P (phosphorus) into the other part, the substrate 1 is heat-treated at about 950 ° C. for about 10 minutes to diffuse these impurities, thereby forming the p-type well 3 and the n-type well 4. Form. In order to form the element isolation groove 2, for example, an element isolation region of the substrate 1 is etched to form a groove having a depth of about 350 nm, and subsequently, inside the groove and on the substrate 1 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. After depositing the silicon oxide film 5, the unnecessary silicon oxide film 5 outside the groove is removed by a chemical mechanical polishing (CMP) method. As shown in FIG. 5, by forming the element isolation grooves 4, a plurality of active regions L having an elongated island-shaped pattern surrounded by the element isolation grooves 2 are formed on the substrate 1 of the memory array. Is done.
Next, after cleaning the surface of the substrate 1 with hydrofluoric acid, as shown in FIG. 6, the surface of the p-type well 3 and the surface of the n-type well 4 are formed of a silicon oxide film by steam oxidation of the substrate 1. A clean gate insulating film 6 is formed. The thickness of the gate insulating film 6 is, for example, 6 nm. The gate insulating film 6 may be formed of a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, a composite insulating film of a silicon oxide film and a silicon nitride film instead of the silicon oxide film.
Next, as shown in FIG. 7, an n-type polycrystalline silicon film 14n doped with P (phosphorus) is deposited on the gate insulating film 6. The polycrystalline silicon film 14n is made of, for example, monosilane (SiH4) And phosphine (PH3) Is deposited by a CVD method using a source gas (film formation temperature = about 630 ° C.), and its film thickness is about 70 nm. The polycrystalline silicon film 14n has a P concentration of 1.0 × 10 4 in order to reduce electric resistance.19cm3Above.
Instead of the polycrystalline silicon film 14n, a silicon film containing Ge (germanium) at 5% to about 50% at the maximum can be used. When Ge is included in silicon, the upper layer WN is reduced due to a narrow band gap of silicon and a high solid solubility limit of impurities.XThere is an advantage that the contact resistance with the film is reduced. In order to incorporate Ge into silicon, a method of introducing Ge into a silicon film by ion implantation, as well as monosilane (SiH4) And GeH4There is a method of depositing a silicon film containing Ge by a CVD method using the above.
Next, after the surface of the polycrystalline silicon film 14n is washed with hydrofluoric acid, as shown in FIG.XA film 24 and a W film 25 having a thickness of about 70 nm are successively deposited, and a silicon nitride film 8 having a thickness of about 160 nm is deposited on the W film 25 by CVD. WNXThe film 24 functions as a barrier layer that prevents a reaction between the polycrystalline silicon film 14n and the W film 25. When depositing the silicon nitride film 8, in order to suppress oxidation of the surface of the W film 25, about 10 nm is formed on the W film 25 by using a plasma CVD method which can be formed at a relatively low temperature (around 480 ° C.). After depositing a thin silicon nitride film, and then performing lamp annealing at about 950 ° C. for about 10 seconds to remove gas components in the silicon nitride film, a low-pressure CVD method (forming It is preferable to deposit a silicon nitride film with a thickness of about 150 nm using the film temperature of about 780 ° C.). Alternatively, after a silicon oxide film is deposited on the W film 25 using a plasma CVD method, the silicon nitride film 8 may be deposited on the silicon oxide film using a low pressure CVD method.
Next, as shown in FIG. 9, using the photoresist film 26 formed on the silicon nitride film 8 as a mask, the silicon nitride film 8, the W film 24, and the WNXBy sequentially dry-etching the film 25 and the polycrystalline silicon film 14n, a gate electrode 7A (word line WL) is formed on the gate insulating film 6 of the memory array, and a gate electrode 7B is formed on the gate insulating film 6 of the peripheral circuit portion. , 7C. As shown in FIG. 10, the gate electrode 7A (word line WL) is formed to extend in a direction orthogonal to the long side of the active region L. The line width (gate length) of the gate electrode 7A (word line WL) and the interval between adjacent gate electrodes 7A (word line WL) are, for example, 0.13 to 0.14 μm.
As described above, the sheet resistance is 2Ω / □ by forming a part of the conductive material forming the gate electrode 7A (word line WL) and the gate electrodes 7B and 7C into a polymetal structure formed of a low-resistance metal (W). Since the gate delay is suppressed to a degree or less and the gate delay is suppressed, a DRAM operating at high speed can be realized.
In the above-described dry etching process for forming the gate electrodes 7A (word lines WL), 7B, and 7C, as shown in FIG. 11, the substrate 1 around the gate electrodes 7A (word lines WL), 7B, and 7C is formed. It is desirable to leave the gate insulating film 6 thin (for example, about 3 nm) on the surface. When the substrate 1 under the gate insulating film 6 is exposed by this dry etching, contamination (contaminant) containing W, which is a part of the gate electrode material, directly adheres to the surface of the substrate 1 in a later heat treatment step. There is a possibility that a reaction product such as W silicide which is difficult to remove by a normal cleaning process may be generated.
Next, the substrate 1 is transported from the dry etching apparatus to the ashing apparatus, and as shown in FIG.2The photoresist film 26 is removed by ashing using plasma.
When the substrate 1 is transferred from the dry etching apparatus to the ashing apparatus, the surface of the substrate 1 is exposed to the air in the process. Also, O2When the photoresist film 26 is removed by ashing using plasma, the surface of the substrate 1 becomes O2Exposure to plasma atmosphere. Therefore, when the ashing is completed, an undesired oxide (WO) is formed on the surface of the W film 25 exposed on the side walls of the gate electrodes 7A, 7B, 7C as shown in FIG.X) 27 is formed. The oxide 27 sublimates in the subsequent heat treatment step, adheres to the inner wall of the heat treatment chamber, and then adheres again to the surface of the substrate 1 to become a contaminant, and deteriorates the characteristics of the element (refresh failure in the case of DRAM). Etc.).
As described above, in the dry etching process for forming the gate electrodes 7A, 7B, and 7C, the gate insulating film 6 in the lower part of the side walls of the gate electrodes 7A, 7B, and 7C and in the peripheral region is also shaved to some extent. Since the thickness is reduced (see FIG. 13), problems such as a reduction in the gate breakdown voltage occur as it is. Therefore, in order to supplement and regenerate the thinned gate insulating film 6, a reoxidation process is performed by the following method.
FIG. 14 is a schematic diagram showing an example of a batch type vertical oxidation furnace used for the re-oxidation treatment of the gate insulating film 6. The vertical oxidation furnace 150 includes a chamber 151 formed of a quartz tube, and a heater 152 for heating the wafer (substrate) 1 is provided around the chamber 151. Inside the chamber 151, a quartz boat 153 that holds a plurality of wafers 1 horizontally is installed. Further, a gas introduction pipe 154 for introducing a water vapor / hydrogen mixed gas and a purge gas and an exhaust pipe 155 for discharging these gases are connected to the bottom of the chamber 151. A gas generator 140 as shown in FIGS. 15 and 16 is connected to the other end of the gas introduction pipe 154.
FIG. 15 is a schematic diagram showing a catalytic steam / hydrogen mixed gas generator connected to the batch type vertical oxidation furnace 150, and FIG. 16 is a piping diagram of the gas generator. The gas generator 140 includes a reactor 141 made of a heat-resistant and corrosion-resistant alloy. Inside the reactor 141, a coil 142 made of a catalytic metal such as Pt (platinum), Ni (nickel), or Pd (palladium) and a coil 142 A heater 143 for heating 142 is provided. A process gas composed of hydrogen and oxygen and a purge gas composed of an inert gas such as nitrogen are introduced into the reactor 141 from the gas storage tanks 144a, 144b, 144c through a pipe 145. Further, between the gas storage tanks 144a, 144b, 144c and the pipe 145, mass flow controllers 146a, 146b, 146c for adjusting the amount of gas, and opening / closing valves 147a, 147b, 147c for opening and closing the gas flow path are provided. Thus, the amount and the component ratio of the gas introduced into the reactor 141 are precisely controlled by these.
The process gas (hydrogen and oxygen) introduced into the reactor 141 is excited by contacting the coil 142 heated to about 350 to 450 ° C., and hydrogen radicals are generated from hydrogen molecules (H2→ 2H *), oxygen radicals are generated from oxygen molecules (O2→ 2O *). Since these two radicals are chemically very active, they react quickly to form water (2H * + O * → H2O). Therefore, a steam / hydrogen mixed gas can be obtained by introducing into the reactor 141 a process gas containing hydrogen in excess of the molar ratio (hydrogen: oxygen = 2: 1) at which water (steam) is generated. it can. This mixed gas is mixed with hydrogen supplied from a dilution line 148 shown in FIG. 16 and adjusted to a steam / hydrogen mixed gas having a desired moisture concentration, and then passed through the gas introduction pipe 154 to form a vertical oxidation furnace. 150 chambers 151 are introduced.
Since the catalytic type gas generator 140 as described above can control the amounts of hydrogen and oxygen involved in the generation of water and their ratio with high accuracy, the water vapor in the water vapor / hydrogen mixed gas introduced into the chamber 151 can be controlled. The concentration can be controlled over a wide range from a very low concentration on the order of ppm to a high concentration of about several tens of percent and with high accuracy. In addition, since water is instantaneously generated when the process gas is introduced into the reactor 141, a steam / hydrogen mixed gas having a desired steam concentration can be obtained in real time. This also minimizes the entry of foreign matter, so that a clean steam / hydrogen mixed gas can be introduced into the chamber 151. Note that the catalyst metal in the reactor 141 is not limited to the above-described metals as long as it can radicalize hydrogen and oxygen. In addition to processing the catalyst metal into a coil shape, the catalyst metal may be processed into, for example, a hollow tube or a fine fiber filter, and a process gas may be passed through the inside.
FIG. 17 shows an equilibrium vapor pressure ratio (P) of an oxidation-reduction reaction using a steam / hydrogen mixed gas.H2O/ PH2) Is a graph showing the temperature dependence of each of the curves, and curves (a) to (e) in the figure show the equilibrium vapor pressure ratios of W, Mo, Ta (tantalum), Si, and Ti (titanium), respectively. As shown in the figure, the steam / hydrogen partial pressure ratio of the steam / hydrogen mixed gas introduced into the chamber 151 of the vertical oxidation furnace 150 is set within the range between the curves (a) and (d). The W films 25 and WN forming the gate electrodes 7A, 7B, 7CXThe substrate 1 made of silicon can be selectively oxidized without oxidizing the film 24. As shown in the figure, the oxidation rate of both metals (W, Mo, Ta, Ti) and silicon increases as the water vapor concentration in the water vapor / hydrogen mixture gas increases. Therefore, by increasing the water vapor concentration in the water vapor / hydrogen mixed gas introduced into the chamber 151, silicon can be selectively oxidized by heat treatment in a shorter time. When the metal parts of the gate electrodes 7A, 7B, 7C are made of Mo (molybdenum), the water vapor / hydrogen partial pressure ratio is set within the range between the curves (b) and (d). Thus, only silicon can be selectively oxidized without oxidizing the Mo film.
Next, an example of a reoxidation process sequence using the batch type vertical oxidation furnace 150 will be described with reference to FIG.
First, a quartz boat 153 holding a plurality of wafers 1 is loaded into a chamber 151 filled with a purge gas (nitrogen). The time required for loading the quartz boat 153 is about 10 minutes. At this time, the purge gas (nitrogen) in the chamber 151 is preheated in advance in order to shorten the time for raising the temperature of the wafer 1. However, at high temperatures, the oxide 27 formed on the side walls of the gate electrodes 7A, 7B, 7C tends to sublime, so the upper limit of the preheating temperature should be less than 500 ° C.
Next, hydrogen gas is introduced into the chamber 151 for about 10 minutes through the gas introduction pipe 154, and the gas in the chamber 151 is replaced, so that the atmosphere in the chamber 151 is reduced to an atmosphere in which the W oxide 27 is reduced. Then, the wafer 1 is heated to a temperature of 600 ° C. or more, for example, 800 ° C. over about 30 to 40 minutes while continuously supplying the hydrogen gas into the chamber 151. In order to introduce only hydrogen gas into the chamber 151, the supply of oxygen may be interrupted before the reactor 141 and only hydrogen may be supplied.
As described above, when the temperature of the wafer 1 is increased under the condition that the oxide 27 on the side walls of the gate electrodes 7A, 7B, and 7C is reduced, most of the oxide 27 is reduced to W, so that the chamber 151 It is possible to keep the amount of the oxide 27 sublimed in the inside at an extremely low level. Thereby, the contamination of the substrate 1 in the step of re-oxidizing the gate insulating film 6 can be kept at an extremely low level, so that the reliability and manufacturing yield of the DRAM are improved.
Next, oxygen and excess hydrogen are introduced into the reactor 141 of the gas generator 140, and a steam / hydrogen mixed gas containing about 10% of water generated from oxygen and hydrogen by a catalytic action in a partial pressure ratio of about 151% is supplied to the chamber 151. To be introduced. Then, the temperature of the water vapor / hydrogen mixed gas in the chamber 151 is maintained at 800 ° C., and the atmospheric pressure is maintained at a normal pressure, or a quasi-normal pressure reduction region (Subatmospheric pressure region) which is a pressure reduction region of about 10% to about 50% of the atmospheric pressure. The surface of the wafer 1 is oxidized for 25 to 30 minutes. Depending on the type of the oxidation furnace, the oxidation treatment may be performed in a lower pressure reduction region. However, if the pressure during the oxidation treatment is low, the oxide 27 remaining on the side walls of the gate electrodes 7A, 7B, and 7C is sublimated. It will be easier. Therefore, it is desirable that the pressure during the oxidation treatment be at least about 1300 Pa or more.
By performing the above-described oxidation treatment, as shown in FIG. 19, the substrate 1 around the gate electrodes 7A, 7B, and 7C is re-oxidized. Therefore, the gate insulating film thinned in the above-described dry etching step. The film thickness of No. 6 is almost equal to the initial film thickness (6 nm). In this oxidation treatment, the steam / hydrogen partial pressure ratio of the steam / hydrogen mixed gas introduced into the chamber 151 is set within the range between the curves (a) and (d) shown in FIG. The W film 25 and the WN forming the gate electrodes 7A, 7B, 7CXThe film 24 is not oxidized.
Next, by shutting off the supply of oxygen before the reactor 141, the wafer 1 is cooled to a temperature of less than 500 ° C., for example, 400 ° C. in about 30 to 40 minutes while supplying only hydrogen into the chamber 151. Cool down. Subsequently, the supply of hydrogen gas is stopped, nitrogen gas is introduced into the chamber 151 for about 10 minutes to perform gas replacement, and then the quartz boat 153 is unloaded from the chamber 151. If the temperature at which the inside of the chamber 151 is switched from the hydrogen gas atmosphere to the nitrogen gas atmosphere is high, the W film 25 on the side walls of the gate electrodes 7A, 7B and 7C and the oxide 27 remaining without being reduced may sublime. There is. Therefore, the replacement of the hydrogen gas with the nitrogen gas is preferably performed after the temperature of the wafer 1 is lowered to about 300 ° C. to 200 ° C. When the time required for the oxidation treatment is not relatively demanding, it is preferable to switch to the nitrogen gas atmosphere after the temperature of the wafer 1 has dropped to about 100 ° C., more preferably to 70 ° C. to room temperature. Needless to say, the oxidation of the W film 25 can be suppressed.
The above-described re-oxidation treatment of the gate insulating film 6 can also be performed by using a single-wafer oxidation furnace employing an RTA (Rapid Thermal Annealing) method. FIG. 20A is a schematic diagram illustrating an example of a single-wafer oxidation furnace used for the re-oxidation treatment, and FIG. 20B is a cross-sectional view taken along line B-B ′ in FIG.
The single-wafer oxidation furnace 100 includes a chamber 101 formed of a multi-wall quartz tube, and a halogen lamp 107 for heating the wafer 1 is provided below the chamber 101. Inside the chamber 101, a disc-shaped soaking ring 103 for uniformly dispersing the heat supplied from the halogen lamp 107 over the entire surface of the wafer 1 is accommodated, and a susceptor 104 for horizontally holding the wafer 1 is mounted on the ring. Is placed. The heat equalizing ring 103 is made of a heat-resistant material such as quartz or SiC (silicon carbide), and is supported by a support arm 105 extending from a wall surface of the chamber 101. A thermocouple 106 for measuring the temperature of the wafer 1 held by the susceptor 104 is provided near the heat equalizing ring 103.
One end of a gas introduction pipe 108 for introducing a steam / hydrogen mixed gas and a purge gas into the chamber 101 is connected to a part of the wall surface of the chamber 101. The other end of the gas introduction pipe 108 is connected to the catalytic gas generator 140 shown in FIGS. A partition 110 having a large number of through holes 109 is provided in the vicinity of the gas introduction pipe 108, and gas introduced into the chamber 101 passes through the through holes 109 of the partition 110 and enters the chamber 101. Spread evenly. One end of an exhaust pipe 111 for discharging the gas introduced into the chamber 101 is connected to another part of the wall surface of the chamber 101.
The reoxidation process using the single-wafer oxidation furnace 100 is almost the same as the reoxidation process using the batch vertical oxidation furnace 150 except that the wafers 1 are oxidized one by one. However, since the temperature rise and fall of the wafer 1 by lamp heating is performed in a very short time (normally, about several seconds), the loading / unloading of the wafer 1 is performed at room temperature.
An example of the re-oxidation process using the above single-wafer oxidation furnace 100 will be described. First, a chamber 101 previously filled with a purge gas (nitrogen) at room temperature is opened to process the gate electrodes 7A, 7B, and 7C. Is loaded on the susceptor 104. Next, the chamber 101 is closed and a hydrogen gas is introduced, and after the inside of the chamber 101 is set to a hydrogen gas atmosphere, the wafer 1 is heated to a temperature of 600 ° C. or more, for example, 950 ° C. over about 5 seconds while maintaining this atmosphere. Warm up.
Next, oxygen and excess hydrogen are introduced into the reactor 141 of the gas generator 140, and a steam / hydrogen mixed gas containing about 10% of water generated by the catalytic action at a partial pressure ratio is introduced into the chamber 101. Then, the halogen lamp 107 is turned on, and the surface of the wafer 1 is oxidized for about 3 minutes while maintaining the temperature of the steam / hydrogen mixed gas in the chamber 101 at 950 ° C.
Next, the halogen lamp 107 is turned off, the supply of the water vapor / hydrogen mixed gas is stopped, and the inside of the chamber 101 is returned to a hydrogen atmosphere. Thereafter, the wafer 1 is kept at a temperature lower than 500 ° C. for about 10 seconds while maintaining this atmosphere. , For example, to 400 ° C. Next, after the supply of hydrogen gas is stopped and nitrogen gas is introduced into the chamber 101 to perform gas replacement, the wafer 1 is unloaded when the temperature in the chamber 101 falls to about room temperature. Also in this case, the replacement of the hydrogen gas with the nitrogen gas is preferably performed after the temperature of the wafer 1 is lowered to about 300 ° C. to 200 ° C. When the time required for the oxidation treatment is not relatively demanding, it is preferable to switch to the nitrogen gas atmosphere after the temperature of the wafer 1 has dropped to about 100 ° C., more preferably to 70 ° C. to room temperature. Needless to say, the oxidation of the W film 25 can be suppressed.
By performing the reoxidation process as described above, the W film 25 and the WN constituting the gate electrodes 7A, 7B, and 7C can be obtained similarly to the reoxidation process using the batch type vertical oxidation furnace 150.XThe gate insulating film 6 can be made thicker without oxidizing the film 24. Further, by raising and lowering the temperature of the wafer 1 under the condition that the oxide 27 on the side walls of the gate electrodes 7A, 7B, 7C is reduced, the amount of the oxide 27 sublimated in the chamber 151 can be kept at an extremely low level. Therefore, contamination of the substrate 1 in the step of re-oxidizing the gate insulating film 6 can be kept at an extremely low level. According to the experiments of the present inventors, even when the batch type vertical oxidation furnace 150 is used or when the single-wafer type oxidation furnace 100 is used, the temperature rise to the desired temperature and the subsequent temperature decrease are reduced. It was confirmed that the amount of the oxide 27 adhering to the surface of the substrate 1 was reduced by about two to three orders by performing the heat treatment in a hydrogen atmosphere as compared with the case where the temperature was raised and lowered in a nitrogen atmosphere.
In the reoxidation process described above, the temperature of the wafer 1 was raised and lowered in a hydrogen atmosphere. However, another gas capable of reducing an oxide of W, for example, ammonia (NH3), CO, N2It may be performed in a gas atmosphere such as O. However, when these gases are used, it is necessary to increase the piping system of the oxidation furnace. In addition, a rare gas such as argon (Ar), helium (He), or xenon (Xe) can be used as the purge gas in addition to nitrogen.
In the re-oxidation process described above, the wafer 1 was oxidized using a water vapor / hydrogen mixed gas. However, another gas that can oxidize silicon without oxidizing the W film or the Mo film, for example, oxygen (O 2)2), NO, CO, CO2For example, an oxidizing gas such as the above, or a mixed gas of these oxidizing gases and a mixed gas of water vapor and hydrogen may be used. However, CO and CO2May react with W or Mo during the heat treatment to generate foreign matter such as carbide. Therefore, it is necessary to pay attention to this point.
According to the above reoxidation process, the oxide contamination on the surface of the substrate 1 is kept at an extremely low level, so that the temperature rise to a desired temperature and the subsequent temperature fall are performed in a nitrogen atmosphere. The amount of the oxide 27 adhering to the surface of No. 1 could be reduced by about 2 to 3 digits.
However, even if the temperature of the wafer 1 is raised and lowered in a reducing atmosphere in the above reoxidation process, slight oxide contamination may be attached during the reoxidation process. In this case, oxide contamination may be knocked on in the gate insulating film 6 during the next step of ion implantation of impurities, which may deteriorate the electrical characteristics of the device.
Therefore, it is effective to wet-clean the surface of the substrate (wafer) 1 before moving to the next ion implantation step to further reduce the level of oxide contamination. However, the cleaning here needs to be performed under the condition that the W film 25 exposed on the side walls of the gate electrodes 7A, 7B, 7C is not oxidized. In particular, the surface of the W film 25 exposed to the reducing atmosphere in the reoxidation process is more active than the normal W film, and the surface area of the W film 25 is increased by the reduction of the oxide 27. It is more easily oxidized than the W film 25 before the process.
Therefore, it is necessary to avoid using an oxidizing solution also in this washing step. That is, it is desirable to wash with a reducing solution and also remove the W oxide present on the surface of the W film 25 exposed on the side walls of the gate electrodes 7A, 7B, 7C at the same time. In order to realize this condition, the present inventors have proposed a redox potential and pH phase diagram of the tungsten-water system shown in FIG. : Electrochemistry of Chemical Vapor Deposited Tungsten Films with Relevance to Chemical Mechanical Polishing in J. Electrochem., J. Electrochem., Vol. And WO4It has been found that it is desirable to use water having properties near the boundary of the negative ion existence region.
As a result of the experiment, by using such water, the W oxide (WOX) Is WO4Eluted in water as negative ions, and thereafter the surface of the W film was hardly oxidized. Such desirable effects can be obtained by using substantially neutral or weakly alkaline pure water or a chemical solution having a pH of 6.5 or more and less than 12, more preferably a pH of 7 or more and less than 10.5. Was the case. In addition, oxide contamination could be removed by about three orders of magnitude only by washing with ultrapure water. Further, when the ultrapure water is washed with hydrogen-containing water in which hydrogen gas is added at about 0.2 mg / l to about 2 mg / l, the removal rate of oxide contamination is reduced by one in comparison with the case of using pure water. It was able to increase about 0.5 times.
In order to increase the elution efficiency of oxide contamination, an aqueous solution which is made weakly alkaline by adding ammonia to the above-described ultrapure water or hydrogen-containing water may be used. As a result of the experiment, it was possible to increase the pH to 11.5 and the oxidation-reduction potential to a reduction potential of 580 to 870 mV by adding 0.2 to 120 mmol of ammonia to water. The W oxide formed on the surface could be eluted into water and removed without performing. This result indicates that the WO adhered on the silicon oxide film around the gate electrodeXCan be removed by elution. As a result, the amount of sublimation of W oxide in the next heat treatment step can be reduced, and contamination of the LSI can be suppressed.
It is preferable to use the above-mentioned water or chemical solution which does not substantially contain hydrogen peroxide which easily oxidizes the W film. In addition, even if a small amount of hydrogen peroxide is contained, when the concentration of hydrogen peroxide at a concentration of 30% by weight is set to 100%, not more than 0.3% by volume of hydrogen peroxide is contained. Should be used.
Further, when cleaning the wafer 1 using the above-mentioned water or chemical solution, the efficiency of removing contamination can be further improved by applying mechanical vibration such as ultrasonic waves. Further, in order to prevent the removed contaminants from re-adhering, it is better to perform the cleaning in a flowing water state, not in a still water state. When washing with running water, water-SiO2Adhesion WO due to the electric double layer formed at the interface and the electrokinetic potential (zeta (ポ テ ン シ ャ ル) potential) of the flowing waterXIt is considered that the effect of removing the contamination increases the effect of reducing contamination.
As described above, the W film exposed to the reducing atmosphere in the reoxidation process is more easily oxidized than the ordinary W film, and thus the above-described cleaning should be performed immediately after the reoxidation treatment. In this case, measures to prevent oxidation due to contact with the air being transported, such as by directly connecting the oxidation furnace to the cleaning device, are also effective.
FIG. 22 is a graph showing the result of measuring the removal effect of the natural oxide film formed on the surface of the W film by washing with water by total reflection X-ray fluorescence. As the W film, those formed at room temperature and those formed at 500 ° C. were used. Since the W film formed at 500 ° C. has higher crystallinity than the W film formed at room temperature, a natural oxide film is hardly formed. In any case, the natural oxide film increases as the water temperature rises from room temperature. However, when the temperature exceeds about 60 ° C., the cleaning effect is higher than the increase in the natural oxide film, so that the removal effect increases. The result was obtained. From this, the temperature of the water or chemical solution at the time of cleaning is from room temperature to less than 50 degrees Celsius, or 70 degrees Celsius or more, more preferably from room temperature to less than 45 degrees Celsius, or 75 degrees Celsius or more, so that the natural oxide film is formed. It can be removed efficiently.
Next, as shown in FIG. 23, the upper part of the p-type well 3 is covered with a photoresist film 28, and B (boron) is ion-implanted into the n-type well 4. Subsequently, after the photoresist film 28 is removed by ashing, as shown in FIG. 24, the upper portion of the n-type well 4 is covered with a photoresist film 29, and As (arsenic) is ion-implanted into the p-type well 3. The dose of B and As is, for example, 3 × 10Thirteenatoms / cm2It is.
Next, after removing the photoresist film 29 by ashing, the surface of the substrate 1 is wet-cleaned in order to remove ashing residues attached to the surface of the substrate 1. Since this wet cleaning needs to be performed under the condition that the W film (25) exposed on the side walls of the gate electrodes 7A, 7B and 7C is not oxidized, the pure water or the chemical used in the cleaning step immediately after the re-oxidation process is used. I do.
Next, in a nitrogen gas atmosphere at about 950 ° C., the substrate 1 is heat-treated by lamp annealing for about 10 seconds to electrically activate the above impurities, thereby forming both sides of the gate electrodes 7A and 7B as shown in FIG. N in p-type well 3Semiconductor region 9 is formed, and p-type wells 4 are formed in n-type wells 4 on both sides of gate electrode 7C.A type semiconductor region 10 is formed. Thereafter, the surface of the substrate 1 is sublimated from the side walls of the gate electrodes 7A, 7B, 7C by the above-described heat treatment for activating the impurities, and the surface of the substrate 1 is removed in order to remove an extremely small amount of oxide contamination re-adhered to the surface of the substrate 1. May be washed. For this cleaning, it is desirable to use the pure water or the chemical used in the cleaning step immediately after the reoxidation process.
Next, as shown in FIG. 26, a silicon nitride film 11 having a thickness of about 50 nm is deposited on the substrate 1. The silicon nitride film 11 is made of, for example, monosilane (SiH4) And ammonia (NH3) Are deposited by a low pressure CVD method using a source gas. The flow of forming the silicon nitride film 11 is, for example, as follows.
First, the wafer 1 is loaded into a chamber of a low-pressure CVD apparatus previously filled with nitrogen. The preheating temperature in the chamber is less than 500 ° C. Next, only ammonia which is a part of the source gas is supplied into the chamber, and the inside of the chamber is set to an atmosphere in which the oxide of W is reduced. Then, the wafer 1 is heated to a temperature of 600 ° C. or more, for example, 730 ° C. to 780 ° C., while continuously supplying ammonia into the chamber. Next, ammonia and monosilane are supplied into the chamber, and these gases are reacted to deposit the silicon nitride film 11. The deposition time of the silicon nitride film 11 is about 10 minutes. Next, the supply of monosilane is stopped, the temperature of the wafer 1 is lowered to less than 500 ° C., for example, 400 ° C. while only supplying ammonia to the chamber, and then the chamber is replaced with nitrogen and the wafer is unloaded. If the temperature at which the inside of the chamber is switched from the ammonia gas atmosphere to the nitrogen gas atmosphere is high, there is a possibility that the W film 25 on the side walls of the gate electrodes 7A, 7B and 7C and the oxide 27 remaining without being reduced will sublime. is there. Therefore, it is more desirable that the replacement of the ammonia gas with the nitrogen gas is performed after the temperature of the wafer 1 is lowered to about 300 ° C. to 200 ° C. If the time required for the formation of the silicon nitride film 11 is not relatively severe, the temperature of the wafer 1 is reduced to about 100 ° C., more preferably 70 ° C. to room temperature, and then the wafer 1 is cooled to a nitrogen gas atmosphere. Needless to say, the switching can suppress the oxidation of the W film 25.
By depositing the silicon nitride film 11 by the method described above, the W film 25 and the WN constituting the gate electrodes 7A, 7B, 7C are formed.XThe silicon nitride film 11 can be deposited in a high temperature atmosphere without oxidizing the film 24. Further, since the temperature of the wafer 1 is raised under the condition that the oxide 27 on the side walls of the gate electrodes 7A, 7B, 7C is reduced, the amount of the oxide 27 sublimated in the chamber can be kept at an extremely low level. The contamination of the substrate 1 in the step of forming the silicon nitride film 11 can be kept at an extremely low level.
In the above-described process of depositing the silicon nitride film 11, the temperature of the wafer 1 is raised and lowered in an ammonia atmosphere, but other gases capable of reducing the oxide of W, for example, hydrogen, CO, N2The temperature of the wafer 1 may be raised and lowered in a gas atmosphere such as O. However, when these gases are used, it is necessary to add a piping system of the CVD apparatus. Further, a rare gas such as argon (Ar), helium (He), or xenon (Xe) can be used as the purge gas. Further, dichlorosilane (SiH2Cl2) And ammonia.
By the above process, the concentration of W oxide contamination on the surface of the substrate 1 is reduced to a detection limit level of 1 × 1010Pieces / cm2As a result, the refresh time of the DRAM has been improved from 50 ms before the countermeasure to 200 ms or more.
The silicon nitride film 11 can be deposited by a plasma CVD method instead of the low pressure CVD method. The plasma CVD method has an advantage in that a film can be formed at a lower temperature (400 ° C. to 500 ° C.) than the low-pressure CVD method, and thus has an advantage in that an oxide of W is hard to be generated. Inferior to CVD method. Also in this case, by raising and lowering the temperature in an atmosphere in which the oxide of W is reduced, the contamination of the substrate 1 in the step of forming the silicon nitride film 11 can be kept at an extremely low level. When a silicon nitride film is deposited by a plasma CVD method, plasma treatment is performed in a reducing atmosphere containing the above-mentioned ammonia or hydrogen in order to remove an oxide formed on the surface of the W film 25 in a preceding step. After that, it is effective to form a film.
Hereinafter, a process after depositing the silicon nitride film 11 will be briefly described. First, as shown in FIG. 27, the upper portion of the substrate 1 of the memory array is covered with a photoresist film (not shown), and the silicon nitride film 11 of the peripheral circuit portion is anisotropically etched to thereby form the peripheral circuit portion. Sidewall spacers 11c are formed on the side walls of the gate electrodes 7B and 7C.
Next, As or P is ion-implanted into the p-type well 3 in the peripheral circuit portion to thereby form a high impurity concentration n.+A semiconductor region (source, drain) 12 is formed, and B is ion-implanted into the n-type well 4 to form a p-type semiconductor having a high impurity concentration.+Form semiconductor regions (source, drain). Through the steps so far, the n-channel MISFET Qn and the p-channel MISFET Qp in the peripheral circuit section are completed.
Next, as shown in FIG. 28, after forming an interlayer insulating film 15 composed of a spin-on-glass film and two silicon oxide films on the gate electrodes 7A to 7C, a photoresist film (not shown) N by dry etching usingThe silicon nitride film 11 above the type semiconductor region 9 is removed, and nThe contact holes 16 and 17 are formed by exposing the surface of the mold semiconductor region 9. The etching of the silicon nitride film 11 is performed under such a condition that the etching rate of the silicon nitride film 11 with respect to the silicon oxide film 5 buried in the element isolation groove 2 is increased, so that the element isolation groove 5 is not etched deeply. This etching is performed under the condition that the silicon nitride film 11 is anisotropically etched so that the silicon nitride film 11 is left on the side wall of the gate electrode 7A (word line WL). As a result, contact holes 16 and 17 having a fine diameter are formed in a self-aligned manner with respect to gate electrode 7A (word line WL).
Next, as shown in FIG. 29, a plug 18 is formed inside the contact holes 16 and 17. In order to form the plug 18, a P-doped polycrystalline silicon film is deposited inside the contact holes 16 and 17 and the upper part of the interlayer insulating film 15 by a CVD method. The crystalline silicon film is removed by dry etching.
Next, the substrate 1 is heat-treated in a nitrogen gas atmosphere, and P in the polycrystalline silicon film forming the plug 18 is changed to n.The n-type semiconductor region 9 (source, drain) having a low resistance is formed by diffusing it into the type semiconductor region 9. Through the steps so far, the memory cell selecting MISFET Qt is formed in the memory array.
Next, as shown in FIGS. 30 and 31, a silicon oxide film 19 is deposited on the interlayer insulating film 15 by the CVD method, and then the peripheral circuit portion is dry-etched using a photoresist film (not shown) as a mask. Of the n-channel type MISFET Qn by dry etching the silicon oxide film 19 and the interlayer insulating film 15 thereunder.+A contact hole 21 is formed in the upper part of the p-type MISFET Qp.+A contact hole 22 is formed above the mold semiconductor region 13). At the same time, a through hole 20 is formed above the contact hole 16 by etching the silicon oxide film 19 of the memory array.
Next, as shown in FIG. 32, plugs 23 are formed inside the contact holes 21 and 22 formed in the peripheral circuit portion and the through holes 20 formed in the memory array. In order to form the plug 23, for example, a TiN film and a W film are deposited on the silicon oxide film 19 including the insides of the contact holes 21, 22 and the through hole 20 by a sputtering method and a CVD method. Unnecessary upper W film and TiN film are removed by chemical mechanical polishing.
Next, as shown in FIG. 33, a bit line BL is formed on the silicon oxide film 19 of the memory array, and wirings 30 to 33 are formed on the silicon oxide film 19 of the peripheral circuit portion. The bit line BL and the wirings 30 to 33 are formed, for example, on the silicon oxide film 19 by sputtering with a W film and WN.XFilms are deposited and patterned by dry etching using a photoresist film as a mask.
Next, as shown in FIG. 34, an interlayer insulating film 40 composed of a spin-on-glass film and two layers of silicon oxide films is formed on the bit line BL and the wirings 30 to 33, and then the interlayer insulating film 40 is formed. After the silicon oxide film 19 underneath is dry-etched to form a through hole 43 above the contact hole 17, a plug 44 made of a polycrystalline silicon film is formed inside the through hole 43. To form the plug 44, a P-doped polycrystalline silicon film is deposited inside the through hole 43 and on the interlayer insulating film 40 by a CVD method, and then unnecessary polycrystalline silicon on the interlayer insulating film 40 is deposited. The film is removed by dry etching.
Next, as shown in FIG. 35, a silicon nitride film 45 is deposited on the interlayer insulating film 40 by the CVD method, and a silicon oxide film 46 is deposited on the silicon nitride film 45 by the CVD method. Using the resist film as a mask, the silicon oxide film 46 of the memory array is dry-etched, and then the silicon nitride film 45 thereunder is dry-etched to form a groove 47 above the through hole 44.
Next, as shown in FIG. 36, the lower electrode 48 of the information storage capacitor C composed of a polycrystalline silicon film is formed on the inner wall of the groove 47. In order to form the lower electrode 48, first, an amorphous silicon film (not shown) doped with P (phosphorus) is deposited inside the groove 47 and on the silicon oxide film 46 by a CVD method. Unnecessary amorphous silicon film on the upper part is removed by dry etching. Next, the surface of the amorphous silicon film remaining inside the groove 47 is wet-cleaned with a hydrofluoric acid-based cleaning solution, and then monosilane (SiH4), And then heat-treats the substrate 1 to polycrystallize the amorphous silicon film and grow silicon grains on its surface. Thus, lower electrode 48 made of a polycrystalline silicon film having a roughened surface is formed. Since the surface of the polycrystalline silicon film whose surface is roughened is large, the amount of charge stored in the miniaturized information storage capacitor C can be increased.
Next, as shown in FIG. 37, on the surface on the lower electrode 48 formed inside the groove 47 and on the surface of the silicon oxide film 46 outside the groove 47, a capacitance insulating film 49 of the information storage capacitor C is formed. Ta2O5A (tantalum oxide) film is deposited by a CVD method, and then the substrate 1 is subjected to a heat treatment in an oxygen atmosphere.2O5Modify and crystallize the film. Then, Ta2O5A TiN film to be the upper electrode 50 of the information storage capacitor C is deposited on the film, and a Ta2O5The film and the TiN film are removed by etching. Thereby, the upper electrode 50 made of a TiN film, Ta2O5An information storage capacitor C constituted by a capacitor insulating film 49 made of a film and a lower electrode 48 made of a polycrystalline silicon film is formed. Further, by the above steps, a DRAM memory cell including the memory cell selecting MISFET Qt and the information storage capacitor C connected in series to the MISFET Qt is completed.
Thereafter, a silicon oxide film 50 is deposited on the information storage capacitor C by the CVD method, and about two layers of Al wiring (not shown) are formed on the silicon oxide film 50, thereby forming the embodiment shown in FIGS. Form of DRAM is completed.
(Embodiment 2)
The present embodiment is applied to a DRAM with embedded logic, and an example of a manufacturing method thereof will be described in the order of steps with reference to FIGS. The left part of each cross-sectional view showing the manufacturing method shows a part of a DRAM memory array, and the right part shows a part of a logic part.
First, as shown in FIG. 38, a substrate 1 made of, for example, p-type single crystal silicon is prepared, and an element isolation groove 2 is formed on the main surface of the substrate 1 in the same manner as in the first embodiment. A p-type well 3 is formed in one part and an n-type well 4 is formed in another part, and then the substrate 1 is subjected to steam oxidation to form a film on the surface of the p-type well 3 and the surface of the n-type well 4. A clean gate insulating film 6 made of a silicon oxide film having a thickness of about 6 nm is formed. The gate insulating film 6 may be formed of a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, a composite insulating film of a silicon oxide film and a silicon nitride film instead of the silicon oxide film.
Next, as shown in FIG. 39, a non-doped amorphous silicon film 14a is deposited on the gate insulating film 6. The amorphous silicon film 14a is made of, for example, monosilane (SiH4) Is deposited by a CVD method using a source gas, and its film thickness is about 70 nm. Monosilane (SiH4When the amorphous silicon film 14a is formed by the CVD method using ()) as a source gas, the film formation temperature is set in the range of 500 ° C. to 550 ° C., for example, 530 ° C. When the film formation temperature is set to 600 ° C. or higher, a polycrystalline silicon film 14n is obtained as in the first embodiment. In addition, dinosilane (Si2H6In the case where is deposited by a CVD method using a source gas, the amorphous silicon film 14a can be obtained by forming the film at a temperature lower than the temperature at which the polycrystalline silicon film can be obtained, for example, at about 520 ° C. Instead of the non-doped amorphous silicon film 14a, a silicon film containing about 50% of Ge (germanium) at the maximum may be used. For example, a polycrystalline silicon film is deposited by a CVD method, and then Ge is introduced into the polycrystalline silicon film by an ion implantation method, whereby an amorphous silicon film containing Ge can be obtained.
As will be described later, the logic-embedded DRAM of the present embodiment uses a polycrystalline part which is a part of the gate electrode of the n-channel MISFET in order to make both the n-channel MISFET and the p-channel MISFET of the logic part a surface channel type. The silicon film is formed of n-type, and the polycrystalline silicon film, which is a part of the gate electrode of the p-channel MISFET, is formed of p-type. In this case, a non-doped polycrystalline silicon film is deposited on the gate insulating film 6, and then boron (B) is ion-implanted to make the polycrystalline silicon film in the p-channel MISFET formation region into a p-type. In some cases, there is a possibility that part of boron may penetrate through the polycrystalline silicon film and the gate insulating film 6 due to the channeling phenomenon and be introduced into the channel region of the substrate 1.
Therefore, when a part of the gate electrode of the p-channel MISFET is formed of a p-type polycrystalline silicon film as in the present embodiment, it is desirable to use the amorphous silicon film 14a, which is unlikely to cause the channeling phenomenon. On the other hand, when the silicon films of all the gate electrodes (7A, 7B, 7C) are made of an n-type conductive silicon film as in the DRAM of the first embodiment, the problem of the penetration of boron described above is caused. Therefore, a polycrystalline silicon film may be used instead of the amorphous silicon film 14a.
Next, as shown in FIG. 40, the upper part of the p-type well 3 is covered with a photoresist film 60, and B (boron) is ion-implanted into the amorphous silicon film 14a on the upper part of the n-type well 4. The dose amount of B is, for example, 2 × 10Fifteenatoms / cm2The implantation energy is, for example, 5 keV. Subsequently, after the photoresist film 60 is removed by ashing, as shown in FIG. 41, the upper part of the n-type well 4 is covered with a photoresist film 61, and P (phosphorus) is added to the amorphous silicon film 14a on the p-type well 3. ) Is ion-implanted. The dose amount of P is, for example, 2 × 10Fifteenatoms / cm2The implantation energy is, for example, 10 keV.
Next, the photoresist film 61 is removed by ashing, the surface of the polycrystalline silicon film 14n is washed with hydrofluoric acid, and lamp annealing is performed in a nitrogen atmosphere at about 950 ° C. for about 1 minute to perform an amorphous silicon film. 14a is crystallized and the impurities (B and P) are electrically activated. Thereby, as shown in FIG. 42, the amorphous silicon film 14a in the n-channel MISFET formation region becomes an n-type polycrystalline silicon film 14n, and the amorphous silicon film 14a in the p-channel MISFET formation region becomes p-type polycrystalline silicon. It becomes the film 14p.
Note that a WN is formed on the amorphous silicon film 14a.XWhen a heat treatment for crystallizing the amorphous silicon film 14a is performed after the film or the W film is deposited, a change in stress due to the crystallization of silicon causes WN.XThere is a possibility that the film or the W film may peel off. Before the impurities (B, P) in the amorphous silicon film 14a diffuse to the interface with the gate insulating film 6, WNXSince it is taken into the film or the W film, depletion occurs near the interface of the gate insulating film 6, and there is a possibility that desired device characteristics may not be obtained. Therefore, the above-mentioned heat treatment forms WN on the amorphous silicon film 14a.XIt is desirable to perform this before depositing a film or a W film.
Next, after the surfaces of the polycrystalline silicon films 14n and 14p are cleaned using hydrofluoric acid, as shown in FIG. 43, an amorphous silicon film 34a is deposited on the polycrystalline silicon films 14n and 14p. The amorphous silicon film 34a is made of, for example, monosilane (SiH4) Is deposited by CVD using a source gas (film formation temperature = about 530 ° C.), and its film thickness is about 10 nm. The amorphous silicon film 34a has an initial impurity concentration of 1.0 × 1017cm3Amorphous silicon with an extremely low impurity concentration of less than 1.0 × 1014cm3Less than substantially non-doped amorphous silicon. The amorphous silicon film 34a is composed of an extremely thin natural oxide film formed on the surface of the polycrystalline silicon films 14n and 14p, and a WN deposited on the natural oxide film in the next step.XIt is formed to block contact with the film 24. The amorphous silicon film 34a may not be in a completely amorphous state, but may be, for example, an aggregate of extremely small silicon crystal grains.
Next, after cleaning the surface of the amorphous silicon film 34a using hydrofluoric acid, as shown in FIG.XA film 24 and a W film 25 are successively deposited, and then a silicon nitride film 8 is deposited on the W film 25 by a CVD method. WNXThe thickness of the film 24 is about 5 nm to 10 nm. Also, WNXThe thickness of the W film 25 deposited on the film 24 is about 70 nm to 80 nm, and the thickness of the silicon nitride film 8 is about 160 nm. WNXOn top of the film 24, a Mo film may be deposited instead of the W film 25.
In the present embodiment, the WNXWhen the film 24 is formed by a sputtering method, WN is applied under such a condition that the nitrogen element composition at the time of device completion is at least 7% to 10% or more, preferably 13% or more, more preferably 18% or more.XA film 24 is formed. Such a WNXTo form the film 24, use WNXThe film may be formed in an atmosphere in which the film 24 contains a high concentration of nitrogen. That is, sputtering may be performed by setting the atmosphere in the chamber to a gas atmosphere in which the flow ratio of nitrogen gas to argon gas is 1.0 or more. Specifically, for example, a film is formed under the conditions of a nitrogen gas flow rate = 50 sccm to 80 sccm, an argon gas flow rate = 20 sccm to 30 sccm, a degree of vacuum in the chamber = 0.5 Pa, and a temperature = 200 ° C. to 500 ° C.
In addition, WN during film formationXIt is desirable that the thickness of the film 24 be in the range of 5 nm to 10 nm. WN during film formationXBy setting the film thickness of the film 24 to 5 nm or more, WNXEven if a part of the film 24 reacts with the underlying silicon layer, the remaining film thickness when the device is completed is at least 1 nm or more, so that the function as a barrier layer is secured. On the other hand, WN during film formationXIf the thickness of the film 24 exceeds 10 nm, the wiring resistance of the gate electrode increases, which is disadvantageous for high-speed operation of the circuit.
Also, WNXEven when the film is formed in an atmosphere in which the film 24 contains a high concentration of nitrogen, excessive nitrogen is diffused and separated in a heat treatment process after the film formation, soXThe film 24 has the most stoichiometrically stable W2N is the main subject. However, WNXSince part of the film 24 reacts with the underlying silicon layer during the heat treatment,XThe film 24 is made of W2N and other WNXIn some cases, the mixed crystal further contains WSiN.
Next, as shown in FIG. 45, using the photoresist film 62 formed on the silicon nitride film 8 as a mask, the silicon nitride film 8, the W film 24, WNXBy sequentially dry-etching the film 25, the amorphous silicon film 34a and the polycrystalline silicon films 14n and 14p, a gate electrode 7A (word line WL) is formed on the gate insulating film 6 of the memory array, and the gate insulating film of the logic section is formed. The gate electrodes 7D and 7E are formed on 6.
After that, the memory cell selecting MISFET Qt is formed in the memory array by the method described in the first embodiment, and the n-channel MISFET and the p-channel MISFET are formed in the logic section. Also in this case, the re-oxidation treatment, the cleaning treatment, the deposition of the silicon nitride film, and the like of the gate insulating film 6 are performed in the same manner as in the first embodiment, so that the contamination of the substrate 1 by the oxide of W can be reduced to an extremely low level. Can be kept.
FIG. 46 is a view showing WN constituting a part of the gate electrodes 7A, 7D and 7E.XNitrogen flow rate and WN when forming film 24X6 is a graph showing the results of X-ray diffraction measurement of the relationship with the crystal structure of the film 24 immediately after the formation of the WNx film 24 and after heat treatment in a nitrogen gas at 950 ° C. for 1 minute. As shown, WNXIf the flow rate of nitrogen at the time of forming the film 24 is 10 sccm, WNXSince nitrogen in the film 24 is released to become a W film, WNXThe function of the film 24 as a barrier layer is lost.
FIG. 47 shows a WN film formed by changing the flow rate of nitrogen gas while keeping the flow rate of argon gas constant (40 sccm).XIt is the graph which measured the film stress when the film was heat-treated at various temperatures, (a) shows the case where the film was formed at a substrate temperature of 400 ° C., and (b) shows the case where the film was formed at a substrate temperature of 200 ° C. . As shown, WNXWhen the nitrogen flow rate at the time of forming the film is small, it is found that nitrogen is released by the subsequent heat treatment and the film shrinks, so that the film stress increases.
FIG. 48 shows a WN film formed by changing the flow ratio of nitrogen gas and argon gas.XWithstand voltage of gate electrode including film, and WNXThe result of examining the relationship between the contact resistance of the film / polycrystalline silicon film interface is shown. As shown in the figure, the WN film was formed under the condition that the flow rate ratio of the nitrogen gas was small.XIn the case of a film, the withstand voltage of the gate electrode decreases,XThe contact resistance at the film / polycrystalline silicon film interface increases.
Thus, WNXAccording to the present embodiment in which the film 24 is formed in an atmosphere containing a high concentration of nitrogen, the WNXSince N remains in the film, WNXThe function of the film 24 as a barrier layer is not lost. Also, WNXBy interposing an amorphous silicon film 34a between the film 24 and the polycrystalline silicon films 14n and 14p, an extremely thin natural oxide film formed on the surfaces of the polycrystalline silicon films 14n and 14p and WNXThe formation of a high-resistance layer due to contact with the film 24 can be suppressed. The amorphous silicon film 34a that has undergone the heat treatment process becomes a polycrystalline film having a smaller average crystal grain size than the underlying polycrystalline silicon films 14n and 14p.
By the above process, the WN forming the gate electrodes 7A, 7D, 7EXThe contact resistance at the interface between the film 24 and the polycrystalline silicon films 14n and 14p is set to 5 kΩ / μm2〜1010 kΩ / μm2From 1 kΩ / μm2Was able to be reduced.
Further, the re-oxidation process, the cleaning process, the deposition of the silicon nitride film, and the like of the gate insulating film 6 are performed in the same manner as in the first embodiment, so that the contamination of the substrate 1 by the oxide of W is kept at an extremely low level. As a result, the refresh time of the DRAM was significantly improved.
(Embodiment 3)
In the second embodiment, WNXBy interposing an amorphous silicon film 34a between the film 24 and the polycrystalline silicon films 14n and 14p,XAlthough the contact resistance between the film 24 and the polycrystalline silicon films 14n and 14p is reduced, in the present embodiment, WNXBy interposing a thin W film 62 between the film 24 and the polycrystalline silicon films 14n and 14p,XThe contact resistance between the film 24 and the polycrystalline silicon films 14n and 14p is reduced.
This process will be described. First, as shown in FIG. 49, an n-type polycrystalline silicon film 14n is formed on the gate insulating film 6 in the n-channel MISFET formation region, and the gate insulating film 6 in the p-channel MISFET formation region is formed. A p-type polycrystalline silicon film 14p is formed thereon. The steps so far are the same as the steps shown in FIGS. 38 to 42 of the second embodiment.
Next, after the surfaces of the polycrystalline silicon films 14n and 14p are cleaned using hydrofluoric acid, as shown in FIG. 50, a W film 65 is deposited on the polycrystalline silicon films 14n and 14p. The W film 65 is deposited by, for example, a sputtering method, and has a thickness of about 5 nm.
Next, as shown in FIG. 51, WN is formed on the W film 65 in the same manner as in the second embodiment.XA film 24, a W film 25 and a silicon nitride film 8 are sequentially deposited. WNXThe thickness of the film 24 is about 5 nm to 10 nm, the thickness of the W film 25 is about 70 nm to 80 nm, and the thickness of the silicon nitride film 8 is about 160 nm. WNXOn top of the film 24, a Mo film may be deposited instead of the W film 25. Also, WNXThe film 24 is formed in an atmosphere containing a high concentration of nitrogen, as in the second embodiment, and the nitrogen element composition at the time of device completion is at least 7% to 10% or more, preferably 13% or more. More preferably, it is 18% or more. Subsequent steps are the same as in the second embodiment.
Thus, WNXBy interposing the W film 62 between the film 24 and the polycrystalline silicon films 14n and 14p, the W film 62 reacts with the polycrystalline silicon films 14n and 14p in the subsequent heat treatment process, and the W silicide (WSiX) Is formed. Thereby, the natural oxide film formed on the surfaces of the polycrystalline silicon films 14n and 14p and the WNXSince the formation of the high-resistance layer due to contact with the film 24 is suppressed, substantially the same effects as in the second embodiment can be obtained.
By the above process, the WN forming the gate electrodes 7A, 7D, 7EXThe contact resistance at the interface between the film 24 and the polycrystalline silicon films 14n and 14p is set to 5 kΩ / μm2〜1010 kΩ / μm2From 1 kΩ / μm2Was able to be reduced.
Further, the re-oxidation process, the cleaning process, the deposition of the silicon nitride film, and the like of the gate insulating film 6 are performed in the same manner as in the first embodiment, so that the contamination of the substrate 1 by the oxide of W is kept at an extremely low level. As a result, the refresh time of the DRAM was significantly improved.
In the present embodiment, WNXA W film 62 is interposed between the film 24 and the polycrystalline silicon films 14n and 14p, and the W film 62 and the polycrystalline silicon films 14n and 14p react during the subsequent heat treatment to form a conductive material mainly composed of W silicide. Although a layer was formed, a thin W silicide film was formed on the polycrystalline silicon films 14n and 14p, and a WNXThe film 24 and the W film 25 may be deposited. With this, WNXThe problem that nitrogen in the film 24 diffuses into the interface with the polycrystalline silicon films 14n and 14p to form a high-resistance silicon nitride layer can be prevented. In the case where the W silicide layer is formed by reacting the W film 62 with the polycrystalline silicon films 14n and 14p during the heat treatment, the reaction may occur locally and the gate breakdown voltage may decrease. When a W silicide film is deposited, such a local reaction hardly occurs. The thickness of the W silicide film may be about 5 to 20 nm. Also, WSiXX is preferably about 2.0 to 2.7.
(Embodiment 4)
The present embodiment is applied to a CMOS logic LSI in which a circuit is formed by an n-channel MISFET and a p-channel MISFET, and an example of a manufacturing method thereof will be described in the order of steps with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 52, a substrate 1 made of, for example, p-type single-crystal silicon is prepared, and element isolation grooves 2, p-type wells 3, and p-type wells 3 are formed on the main surface of the substrate 1 in the same manner as in the first embodiment. An n-type well 4 and a gate insulating film 6 are sequentially formed.
Next, as shown in FIG. 53, a 1.0 × 1019cm3After depositing a low-resistance n-type polycrystalline silicon film 14n doped with P (phosphorus) at the above concentration and cleaning the surface of the polycrystalline silicon film 14n using hydrofluoric acid, the polycrystalline silicon film 14n is formed on the polycrystalline silicon film 14n. WN with a film thickness of about 5 to 10 nm by sputteringXA film 24 is deposited.
As in the second embodiment, WNXThe film 24 is formed in an atmosphere containing a high concentration of nitrogen, and the nitrogen element composition at the time of device completion is at least 7% to 10% or more, preferably 13% or more, more preferably 18% or more. To do. Also, WNXThe film 24 is deposited to a thickness such that the remaining film thickness when the device is completed is at least 1 nm or more.
Also, as in the third embodiment, the natural oxide film formed on the surface of the polycrystalline silicon film 14n and the WNXIn order to suppress formation of a high resistance layer due to contact with the film 24, WNXA W film 62 may be formed between the film 24 and the polycrystalline silicon film 14n.
Next, as shown in FIG. 54, P (phosphorus) is ion-implanted into the main surface of the substrate 1. In this ion implantation, P is WNXThe energy is applied so as to penetrate the film 24 and reach a region of 10 nm or less from the surface of the polycrystalline silicon film 14n. For example, WNXWhen the thickness of the film 24 is about 3 nm to 15 nm, the implantation energy of P is 2 keV to 10 keV.
This ion implantation is performed when the P concentration in the surface region of the polycrystalline silicon film 14n is 5 × 1019atoms / cm3The dose is set as described above. After the ion implantation, lamp annealing may be performed for about one minute in a nitrogen atmosphere at about 950 ° C. to electrically activate the impurities (P) in the polycrystalline silicon film 14n. Note that the impurity (P) in the polycrystalline silicon film 14n is electrically activated in a later heat treatment step, so that the heat treatment here may be omitted.
In the above ion implantation, after depositing the polycrystalline silicon film 14n,XThis may be performed before the film 24 is deposited. Also, WNXWhen the W film 62 is formed between the film 24 and the polycrystalline silicon film 14n, this ion implantation is performed after the W film is formed, and thereafter, the WN is formed on the W film.XA film 24 may be deposited.
Next, as shown in FIG.XAfter depositing a W film 25 having a thickness of about 70 nm on the film 24 by sputtering, a silicon nitride film 8 having a thickness of about 160 nm is deposited on the W film 25 by CVD. Note that WNXOn top of the film 24, a Mo film may be deposited instead of the W film 25. After the W film 25 is deposited, ion implantation is again performed on the main surface of the substrate 1 to remove the W film 25 and WN.XBy doping the polycrystalline silicon film 14n with P through the film 24, the resistance of the surface region of the polycrystalline silicon film 14n may be further reduced.
Next, as shown in FIG. 56, using the photoresist film 63 formed on the silicon nitride film 8 as a mask, the silicon nitride film 8, the W film 24, WNXThe film 25 and the polycrystalline silicon film 14n are sequentially dry-etched to form an n-channel MISFET gate electrode 7F on the p-type well 3 and a p-channel MISFET gate electrode 7G on the n-type well 4. I do.
Thereafter, in order to keep the contamination of the substrate 1 by the oxide of W at an extremely low level, the gate insulating film 6 re-oxidized by the above-mentioned dry etching is subjected to a re-oxidation process, a subsequent cleaning process, and a deposition of a silicon nitride film. This is performed in the same manner as in the first embodiment.
In the present embodiment, the polycrystalline silicon film, which is a part of each of the gate electrodes 7F and 7G, is formed of the n-type. However, in order to make both the n-channel MISFET and the p-channel MISFET of the surface channel type, The polycrystalline silicon film that is a part of the gate electrode 7F of the channel MISFET may be formed of n-type, and the polycrystalline silicon film that is a part of the gate electrode 7G of the p-channel MISFET may be formed of p-type. In this case, as in the second embodiment, a non-doped amorphous silicon film is deposited on the gate insulating film 6 and then ion-implanted using a photoresist film as a mask to form an amorphous silicon film in the n-channel MISFET formation region. By introducing P into the amorphous silicon film in the p-channel MISFET formation region, it is possible to prevent the penetration of B due to the channeling phenomenon.
(Embodiment 5)
In the fourth embodiment, the surface region of the polycrystalline silicon film 14n is reduced in resistance by the ion implantation of impurities. However, the surface region of the polycrystalline silicon film 14n can be reduced in the following method. .
First, as shown in FIG. 57, an element isolation groove 2, a p-type well 3, an n-type well 4, and a gate insulating film 6 are sequentially formed on a main surface of a substrate 1 made of, for example, p-type single crystal silicon. 1.0 × 10 on the gate insulating film 619cm3A low-resistance n-type polycrystalline silicon film 14n doped with P (phosphorus) at the above concentration is deposited. The steps so far are the same as in the fourth embodiment.
Next, as shown in FIG. 58, a 5.0 × 1019cm3After depositing a low-resistance n-type polycrystalline silicon film 64 doped with P at the above concentration by the CVD method, the substrate 1 is heat-treated, and P in the n-type polycrystalline silicon film 64 is changed to the surface of the polycrystalline silicon film 14n. To a surface region of 10 nm or less, and the P concentration of this surface region is 5 × 1019atoms / cm3Above. After performing this thermal diffusion treatment, P in the polycrystalline silicon film 14n may be electrically activated by performing lamp annealing for about 1 minute in a nitrogen atmosphere at about 950 ° C. Since P in the film 14n is electrically activated in a later heat treatment step, this heat treatment may be omitted.
Next, as shown in FIG. 59, after removing the n-type polycrystalline silicon film 64 by dry etching, the surface of the polycrystalline silicon film 14n exposed on the surface of the substrate 1 is washed with hydrofluoric acid.
Next, as shown in FIG. 60, a WN film having a thickness of about 5 nm to 10 nm is formed on the polycrystalline silicon film 14n by a sputtering method.XA film 24 is deposited. As in the fourth embodiment, WNXThe film 24 is formed in an atmosphere containing a high concentration of nitrogen, and the nitrogen element composition at the time of device completion is at least 7% to 10% or more, preferably 13% or more, more preferably 18% or more. To do. Also, WNXThe film 24 is deposited to a thickness such that the remaining film thickness when the device is completed is at least 1 nm or more.
Also, as in the third embodiment, the natural oxide film formed on the surface of the polycrystalline silicon film 14n and the WNXIn order to suppress formation of a high resistance layer due to contact with the film 24, WNXA W film may be formed between the film 24 and the polycrystalline silicon film 14n.
Thereafter, as shown in FIG.XAfter depositing a W film 25 having a thickness of about 70 nm on the film 24 by sputtering, a silicon nitride film 8 having a thickness of about 160 nm is deposited on the W film 25 by CVD.
Next, as shown in FIG. 62, using a photoresist film 63 formed on the silicon nitride film 8 as a mask, the silicon nitride film 8, the W film 24, and the WNXThe film 25 and the polycrystalline silicon film 14n are sequentially dry-etched to form an n-channel MISFET gate electrode 7F on the p-type well 3 and a p-channel MISFET gate electrode 7G on the n-type well 4. I do.
Thereafter, in order to keep the contamination of the substrate 1 by the oxide of W at an extremely low level, the gate insulating film 6 re-oxidized by the above-mentioned dry etching is subjected to a re-oxidation process, a subsequent cleaning process, a silicon nitride film deposition, etc. This is performed in the same manner as in the first embodiment.
In the present embodiment, P in the polycrystalline silicon film 64 deposited on the polycrystalline silicon film 14n is thermally diffused to reduce the resistance of the surface region of the polycrystalline silicon film 14n. P is introduced into the surface region of the polycrystalline silicon film 14n by ion implantation, then an insulating film such as a silicon oxide film is formed on the polycrystalline silicon film 14n, and heat treatment is performed to introduce P into the surface region of the polycrystalline silicon film 14n. After the P is segregated near the interface with the insulating film, the insulating film may be removed to lower the resistance of the surface region of the polycrystalline silicon film 14n. The insulating film is composed of, for example, a silicon oxide film formed by thermally oxidizing the surface of the polycrystalline silicon film 14n, or a silicon oxide film deposited on the polycrystalline silicon film 14n by a CVD method, but is not limited thereto. Not something.
(Embodiment 6)
The present embodiment is applied to a flash memory, and an example of a manufacturing method thereof will be described in the order of steps with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 63, after forming the element isolation groove 2, the p-type well 3, and the gate insulating film 6 on the main surface of the substrate 1 by the same method as in the first embodiment, FIGS. As shown, an n-type polycrystalline silicon film 66n having a thickness of about 70 nm to 100 nm is deposited on the substrate 1 by the CVD method. The polycrystalline silicon film 66n is doped with an n-type impurity, for example, phosphorus (P) during the deposition process. Alternatively, an n-type impurity may be doped by ion implantation after depositing a non-doped polycrystalline silicon film. The polycrystalline silicon film 66n is used as a floating gate electrode of a MISFET forming a memory cell.
Next, as shown in FIGS. 66 and 67, the polycrystalline silicon film 66n is dry-etched using the photoresist film as a mask, so that the polycrystalline silicon film 66n extends over the active region L along the extending direction. A polycrystalline silicon film 66n having a band-like planar pattern is formed.
Next, as shown in FIGS. 68 and 69, an ONO film 67 made of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film is formed on the substrate 1 on which the polycrystalline silicon film 66n is formed. The ONO film 67 is used as a second gate insulating film of a MISFET constituting a memory cell. For example, a 5-nm-thick silicon oxide film, a 7-nm-thick silicon nitride film, and a 4-nm-thick oxide film are formed on the substrate 1 by CVD. It is formed by sequentially depositing silicon films.
Next, as shown in FIGS. 70 and 71, an n-type polycrystalline silicon film 14n doped with P (phosphorus) isXA film 24, a W film 25 and a silicon nitride film 8 are sequentially deposited. Polycrystalline silicon film 14n, W film 25 and silicon nitride film 8 are deposited by the same method as in the first embodiment. Also, WNXThe film 24 is deposited by the same method as in the second embodiment in order to reduce the contact resistance with the polycrystalline silicon film 14n. That is, WNXThe film 24 is formed under such conditions that the nitrogen element composition at the time of device completion is at least 7% to 10% or more, preferably 13% or more, more preferably 18% or more. In order to make the remaining film thickness at the time of completion of the element at least 1 nm or more,XIt is desirable that the thickness of the film 24 be in the range of 5 nm to 10 nm. Also, WNXIn order to reduce the contact resistance between the film 24 and the polycrystalline silicon film 14n, the process described in the third, fourth or fifth embodiment may be employed.
The polycrystalline silicon film 14n is used as a control gate electrode and a word line WL of a MISFET forming a memory cell. The silicon nitride film 8 is used as an insulating film for protecting the upper part of the control gate electrode. The polycrystalline silicon film 14n can also be formed of a silicon film containing about 50% of Ge (germanium) at the maximum.
Next, as shown in FIG. 72, using a photoresist film (not shown) formed on the silicon nitride film 8 as a mask, the silicon nitride film 8, the W film 24, WNXThe film 25, the polycrystalline silicon film 14n, the ONO film 67, and the polycrystalline silicon film 66n are sequentially dry-etched to form a floating gate electrode 68 made of polycrystalline silicon 66n, the W film 24, WNXA control gate electrode 69 (word line WL) having a polymetal structure composed of the film 25 and the polycrystalline silicon film 14n is formed.
Next, as shown in FIG. 73, an n-type semiconductor region 70 forming the source and drain of the MISFET is formed. The n-type semiconductor region 70 is formed by implanting an n-type impurity (for example, arsenic (As)) into the p-type well 3 and then heat-treating the substrate 1 at about 900 ° C. to diffuse the n-type impurity into the p-type well 3. To form.
In the steps so far, the gate insulating film 6 in the space region of the gate electrode (the floating gate electrode 68 and the control gate electrode 69) has been damaged by the gate electrode processing step and the impurity ion implantation step. This damage degrades the quality of the gate insulating film 6, such as a path in which electrons injected into the floating gate electrode 68 leak from the end of the floating gate electrode 68 to the substrate 1. Therefore, it is necessary to sufficiently remove the damage. There is.
Therefore, after the gate insulating film 6 is etched using hydrofluoric acid, a re-oxidation process for filling and regenerating the thinned gate insulating film 6 is performed. By performing this reoxidation treatment in the same manner as in the first embodiment, the W film 25 and the WNXOxidation of the film 24 can be prevented, and oxide contamination on the surface of the substrate 1 can be kept at an extremely low level. By this reoxidation process, as shown in FIG. 74, the space region of the gate electrode (floating gate electrode 68 and control gate electrode 69), that is, the surface of n-type semiconductor region (source, drain) 70 and the side wall of floating gate electrode 68 The gate insulating film 6 is formed again at the lower end.
Next, after cleaning the surface of the substrate 1, a silicon nitride film 11 is deposited on the substrate 1 by a low pressure CVD method as shown in FIG. By performing the cleaning process and the deposition of the silicon nitride film 11 in the same manner as in the first embodiment, the contamination of the substrate 1 by the oxide of W can be kept at an extremely low level.
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say.
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a DRAM, a DRAM-embedded logic LSI, a CMOS logic LSI, and a flash memory has been described. However, the present invention is not limited to these LSIs. Can be widely applied to an LSI having a MISFET formed with.
In addition, since the essence of the invention described in the present application is deeply tied to the polysilicon layer, it can be applied to a non-polysilicon metal gate electrode without a polysilicon layer unless the polysilicon layer is essential. Not even.
Industrial applicability
The present invention can be used, for example, for manufacturing an integrated circuit device having a polymetal gate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall plan view of a semiconductor chip on which a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention is formed.
FIG. 2 is a plan view of a main part of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a main part of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate illustrating a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a plan view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an enlarged sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a fragmentary enlarged cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic view of a batch type vertical oxidation furnace used for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a schematic diagram showing a catalytic steam / hydrogen mixed gas generator connected to the batch type vertical oxidation furnace shown in FIG.
FIG. 16 is a piping diagram of the steam / hydrogen mixed gas generator shown in FIG.
FIG. 17 shows an equilibrium vapor pressure ratio (P) of an oxidation-reduction reaction using a steam / hydrogen mixed gas.H 2O/ PH23 is a graph showing the temperature dependence of FIG.
FIG. 18 is an explanatory diagram of a reoxidation process sequence using the batch type vertical oxidation furnace shown in FIG.
FIG. 19 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 20A is a schematic view of a single-wafer oxidation furnace used for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 20B is a view taken along line BB ′ of FIG. It is sectional drawing.
FIG. 21 is a state diagram showing the relationship between the oxidation-reduction potential of tungsten-water system and pH.
FIG. 22 is a graph showing the result of measuring the removal effect of the natural oxide film formed on the surface of the W film by washing with water by total reflection X-ray fluorescence.
FIG. 23 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate, illustrating a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method of manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 27 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 28 is a cross-sectional view of a principal part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 29 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 30 is a cross-sectional view of a principal part of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 31 is a plan view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 32 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 33 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 34 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 35 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method of manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 36 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 37 is a cross-sectional view of a principal part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 38 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 39 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 40 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 41 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 42 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 43 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 44 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 45 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 46 shows a structure of WN forming a part of the gate electrode.XNitrogen flow rate and WN during film formationX6 is a graph showing the result of examining the relationship with the crystal structure of a film by X-ray diffraction measurement.
FIGS. 47 (a) and (b) show WN films formed by changing the flow rate of nitrogen gas while keeping the flow rate of argon gas constant.X5 is a graph showing the measured film stress when the film is heat-treated at various temperatures.
FIG. 48 shows a WN film formed by changing the flow ratio of nitrogen gas and argon gas.XWithstand voltage of gate electrode including film, and WNX6 is a graph showing the result of examining the relationship between the contact resistance of the film / polycrystalline silicon film interface.
FIG. 49 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 50 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 51 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 52 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 53 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 54 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 55 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 56 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 57 is a cross-sectional view of a principal part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 58 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 59 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 60 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 61 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 62 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 63 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 64 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 65 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 66 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 67 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 68 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 69 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 70 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 71 is a cross-sectional view of a principal part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 72 is a cross-sectional view of a principal part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 73 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 74 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 75 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

Claims (57)

以下を含む半導体集積回路装置:
(a)第1の主面を有する半導体集積回路チップ;
(b)前記第1の主面上のシリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース表面領域;
(c)前記シリコンベース表面領域上のゲート絶縁膜;
(d)前記ゲート絶縁膜上のシリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース膜;
(e)前記シリコンベース膜上に設けられ、WNを含み、厚さが1nm以上で窒素の元素組成が7%以上であるタングステンの窒化物膜;
(f)前記窒化物膜上のタングステンまたはモリブデンを主要な成分として含む高融点金属膜。
Semiconductor integrated circuit device including:
(A) a semiconductor integrated circuit chip having a first main surface;
(B) a silicon-based surface region where silicon on the first main surface is one of the main components;
(C) a gate insulating film on the silicon base surface region;
(D) a silicon base film comprising silicon on the gate insulating film as one of the main components;
(E) a tungsten nitride film provided on the silicon base film, containing W 2 N, and having a thickness of 1 nm or more and an elemental composition of nitrogen of 7% or more;
(F) A refractory metal film containing tungsten or molybdenum as a main component on the nitride film.
前記窒化物膜は、窒素の元素組成が10%以上であることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置。2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said nitride film has an elemental composition of nitrogen of 10% or more. 前記窒化物膜は、窒素の元素組成が13%以上であることを特徴とする請求項2記載の半導体集積回路装置。3. The semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein said nitride film has an elemental composition of nitrogen of 13% or more. 前記窒化物膜は、窒素の元素組成が18%以上であることを特徴とする請求項3記載の半導体集積回路装置。4. The semiconductor integrated circuit device according to claim 3, wherein the nitride film has an elemental composition of nitrogen of 18% or more. さらに、以下を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置:
(g)前記シリコンベース膜と前記窒化物膜との間に設けられたタングステンシリサイド層。
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, further comprising:
(G) a tungsten silicide layer provided between the silicon base film and the nitride film.
以下を含む半導体集積回路装置:
(a)第1の主面を有する半導体集積回路チップ;
(b)前記第1の主面上のシリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース表面領域;
(c)前記シリコンベース表面領域上のゲート絶縁膜;
(d)前記ゲート絶縁膜上のシリコンを主要な構成要素の一つとする第1のシリコンベース多結晶膜;
(e)前記第1のシリコンベース多結晶膜上に設けられ、これよりも平均結晶粒径が小さい、シリコンを主要な構成要素の一つとする第2のシリコンベース多結晶膜;
(f)前記第2のシリコンベース多結晶膜上に設けられ、WNを含み、厚さが1nm以上で窒素の元素組成が7%以上であるタングステンの窒化物膜;
(g)前記窒化物膜上のタングステンまたはモリブデンを主要な成分として含む高融点金属膜。
Semiconductor integrated circuit device including:
(A) a semiconductor integrated circuit chip having a first main surface;
(B) a silicon-based surface region where silicon on the first main surface is one of the main components;
(C) a gate insulating film on the silicon base surface region;
(D) a first silicon-based polycrystalline film having silicon on the gate insulating film as one of the main components;
(E) a second silicon-based polycrystalline film provided on the first silicon-based polycrystalline film and having an average crystal grain size smaller than that, and having silicon as one of main components;
(F) a tungsten nitride film provided on the second silicon-based polycrystalline film, containing W 2 N, and having a thickness of 1 nm or more and an elemental composition of nitrogen of 7% or more;
(G) A refractory metal film containing tungsten or molybdenum as a main component on the nitride film.
前記窒化物膜は、窒素の元素組成が10%以上であることを特徴とする請求項6記載の半導体集積回路装置。7. The semiconductor integrated circuit device according to claim 6, wherein said nitride film has an elemental composition of nitrogen of 10% or more. 前記窒化物膜は、窒素の元素組成が13%以上であることを特徴とする請求項7記載の半導体集積回路装置。8. The semiconductor integrated circuit device according to claim 7, wherein the nitride film has an elemental composition of nitrogen of 13% or more. 前記窒化物膜は、窒素の元素組成が18%以上であることを特徴とする請求項8記載の半導体集積回路装置。9. The semiconductor integrated circuit device according to claim 8, wherein said nitride film has an elemental composition of nitrogen of 18% or more. 前記第1のシリコンベース多結晶膜は、その一部にゲルマニウムを含んでいることを特徴とする請求項6記載の半導体集積回路装置。7. The semiconductor integrated circuit device according to claim 6, wherein said first silicon-based polycrystalline film partially contains germanium. 前記第2のシリコンベース多結晶膜は、その一部にゲルマニウムを含んでいることを特徴とする請求項6記載の半導体集積回路装置。7. The semiconductor integrated circuit device according to claim 6, wherein the second silicon-based polycrystalline film contains germanium in a part thereof. 以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法:
(a)ウエハの第1の主面上のシリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース表面領域上に、ゲート絶縁膜を形成する工程;
(b)前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとする第1のシリコンベース膜を形成する工程;
(c)前記第1のシリコンベース膜中に、イオン注入により不純物をドープする工程;
(d)前記(c)工程の後、前記第1のシリコンベース膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとするノンドープの第2のシリコンベース膜を形成する工程;
(e)前記第2のシリコンベース膜上に、素子完成時の窒素元素組成が7%以上となるようなタングステンの窒化物膜を、スパッタリングにより形成する工程;
(f)前記窒化物膜上に、タングステンまたはモリブデンを主要な成分として含む高融点金属膜を形成する工程。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the following steps:
(A) forming a gate insulating film on a silicon base surface region where silicon is one of the main components on the first main surface of the wafer;
(B) forming a first silicon-based film having silicon as one of the main components on the gate insulating film;
(C) doping impurities into the first silicon base film by ion implantation;
(D) after the step (c), forming a non-doped second silicon base film containing silicon as one of the main components on the first silicon base film;
(E) forming a tungsten nitride film by sputtering on the second silicon base film so that the nitrogen element composition at the time of device completion is 7% or more;
(F) forming a high melting point metal film containing tungsten or molybdenum as a main component on the nitride film;
前記ノンドープの第2のシリコンベース膜の形成当初の不純物濃度は、1.0×1017cm未満であることを特徴とする請求項12記載の半導体集積回路装置の製造方法。13. The method according to claim 12, wherein an impurity concentration of the non-doped second silicon base film at the beginning of formation is less than 1.0 × 10 17 cm 3 . 前記ノンドープの第2のシリコンベース膜は、その形成当初、アモルファス状態または極微小の結晶粒の集合体であることを特徴とする請求項12記載の半導体集積回路装置の製造方伝。13. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 12, wherein the non-doped second silicon base film is in an amorphous state or an aggregate of extremely small crystal grains at the beginning of the formation. 前記ノンドープの第2のシリコンベース膜は、その形成当初の不純物濃度が1.0×1014cm未満であることを特徴とする請求項13記載の半導体集積回路装置の製造方法。 14. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 13, wherein the non-doped second silicon base film has an impurity concentration of less than 1.0 × 10 14 cm 3 at the beginning of formation. 前記窒化物膜は、窒素の元素組成が10%以上であることを特徴とする請求項12記載の半導体集積回路装置の製造方法。13. The method according to claim 12, wherein the nitride film has an elemental composition of nitrogen of 10% or more. 前記窒化物膜は、窒素の元素組成が13%以上であることを特徴とする請求項16記載の半導体集積回路装置の製造方法。17. The method according to claim 16, wherein the nitride film has an elemental composition of nitrogen of 13% or more. 前記窒化物膜は、窒素の元素組成が18%以上であることを特徴とする請求項17記載の半導体集積回路装置の製造方法。The method according to claim 17, wherein the nitride film has an elemental composition of nitrogen of 18% or more. 以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法:
(a)ウエハの第1の主面上のシリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース表面領域上に、ゲート絶縁膜を形成する工程;
(b)前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとし、不純物がドープされた第1のシリコンベース膜を形成する工程;
(c)前記第1のシリコンベース膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとするノンドープの第2のシリコンベース膜を形成する工程;
(d)前記第2のシリコンベース膜上に、素子完成時の窒素元素組成が7%以上となるようなタングステンの窒化物膜を、スパッタリングにより形成する工程;
(e)前記窒化物膜上に、タングステンまたはモリブデンを主要な成分として含む高融点金属膜を形成する工程。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the following steps:
(A) forming a gate insulating film on a silicon base surface region where silicon is one of the main components on the first main surface of the wafer;
(B) forming, on the gate insulating film, a first silicon base film doped with impurities, using silicon as one of main components;
(C) forming a non-doped second silicon-based film having silicon as one of the main components on the first silicon-based film;
(D) forming a tungsten nitride film by sputtering on the second silicon base film such that the nitrogen element composition at the time of device completion is 7% or more;
(E) forming a high melting point metal film containing tungsten or molybdenum as a main component on the nitride film;
前記ノンドープの第2のシリコンベース膜の形成当初の不純物濃度は、1.0×1017cm未満であることを特徴とする請求項19記載の半導体集積回路装置の製造方法。20. The method according to claim 19, wherein an impurity concentration of the non-doped second silicon-based film at the beginning of formation is less than 1.0 × 10 17 cm 3 . 前記ノンドープの第2のシリコンベース膜は、その形成当初、アモルファス状態または極微小の結晶粒の集合体であることを特徴とする請求項19記載の半導体集積回路装置の製造方法。20. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 19, wherein the non-doped second silicon base film is in an amorphous state or an aggregate of ultrafine crystal grains at the beginning of the formation. 前記ノンドープの第2のシリコンベース膜の当初の不純物濃度は、1.0×1014cm未満であることを特徴とする請求項20記載の半導体集積回路装置の製造方法。21. The method according to claim 20, wherein an initial impurity concentration of the non-doped second silicon base film is less than 1.0 * 10 < 14 > cm < 3 >. 前記窒化物膜は、素子完成時の窒素元素組成が10%以上であることを特徴とする請求項19記載の半導体集積回路装置の製造方法。20. The method according to claim 19, wherein the nitride film has a nitrogen element composition of 10% or more when the element is completed. 前記窒化物膜は、素子完成時の窒素元素組成が13%以上であることを特徴とする請求項23記載の半導体集積回路装置の製造方法。24. The method according to claim 23, wherein the nitride film has a nitrogen element composition of 13% or more when the element is completed. 前記窒化物膜は、素子完成時の窒素元素組成が18%以上であることを特徴とする請求項24記載の半導体集積回路装置の製造方法。25. The method according to claim 24, wherein the nitride film has a nitrogen element composition of 18% or more when the element is completed. 前記第1のシリコンベース膜の形成当初の不純物濃度は、1.0×1019cm以上であることを特徴とする請求項19記載の半導体集積回路装置の製造方法。20. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 19, wherein an impurity concentration of the first silicon base film at the beginning of formation is 1.0 × 10 19 cm 3 or more. 以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法:
(a)ウエハの第1の主面上のシリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース表面領域上に、ゲート絶縁膜を形成する工程;
(b)前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース膜を形成する工程;
(c)前記シリコンベース膜上に、タングステンを主要な成分の一つとする第1の高融点金属膜を形成する工程;
(d)前記第1の高融点金属膜上に、タングステンの窒化物を含む窒化物膜を形成する工程;
(e)前記(c)工程または(d)工程の後、前記シリコンベース膜中に、イオン注入により不純物をドープする工程;
(f)前記窒化物膜上に、タングステンまたはモリブデンを主要な成分として含む第2の高融点金属膜を形成する工程。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the following steps:
(A) forming a gate insulating film on a silicon base surface region where silicon is one of the main components on the first main surface of the wafer;
(B) forming a silicon base film having silicon as one of the main components on the gate insulating film;
(C) forming a first refractory metal film containing tungsten as one of the main components on the silicon base film;
(D) forming a nitride film containing a nitride of tungsten on the first refractory metal film;
(E) after the step (c) or (d), doping an impurity into the silicon base film by ion implantation;
(F) forming a second refractory metal film containing tungsten or molybdenum as a main component on the nitride film;
前記(f)工程の後、前記シリコンベース膜中に、イオン注入により不純物をドープする工程をさらに含むことを特徴とする請求項27記載の半導体集積回路装置の製造方法。28. The method according to claim 27, further comprising, after the step (f), doping an impurity into the silicon base film by ion implantation. 前記(e)工程は、前記(d)工程の前に行われることを特徴とする請求項27記載の半導体集積回路装置の製造方法。28. The method according to claim 27, wherein the step (e) is performed before the step (d). 前記窒化物膜は、素子完成時の窒素元素組成が10%以上であることを特徴とする請求項27記載の半導体集積回路装置の製造方法。28. The method according to claim 27, wherein the nitride film has a nitrogen element composition of 10% or more when the element is completed. 前記窒化物膜は、素子完成時の窒素元素組成が13%以上であることを特徴とする請求項30記載の半導体集積回路装置の製造方法。31. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 30, wherein the nitride film has a nitrogen element composition of 13% or more when the element is completed. 前記窒化物膜は、素子完成時の窒素元素組成が18%以上であることを特徴とする請求項31記載の半導体集積回路装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 31, wherein the nitride film has a nitrogen element composition of 18% or more when the element is completed. 以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法:
(a)ウエハの第1の主面上のシリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース表面領域上に、ゲート絶縁膜を形成する工程;
(b)前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース膜を形成する工程;
(c)前記シリコンベース膜上に、タングステンシリサイドを主要な成分とする膜を形成する工程;
(d)第1の高融点金属膜上に、タングステンの窒化物を含む窒化物膜を形成する工程;
(e)前記窒化物膜上に、タングステンまたはモリブデンを主要な成分として含む第2の高融点金属膜を形成する工程。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the following steps:
(A) forming a gate insulating film on a silicon base surface region where silicon is one of the main components on the first main surface of the wafer;
(B) forming a silicon base film having silicon as one of the main components on the gate insulating film;
(C) forming a film containing tungsten silicide as a main component on the silicon base film;
(D) forming a nitride film containing a nitride of tungsten on the first refractory metal film;
(E) forming a second refractory metal film containing tungsten or molybdenum as a main component on the nitride film.
以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法:
(a)ウエハの第1の主面上のシリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース表面領域上に、ゲート絶縁膜を形成する工程;
(b)前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース膜を形成する工程;
(c)前記シリコンベース膜上に、タングステンの窒化物を含む窒化物膜を形成する工程;
(d)前記(c)工程の後、前記シリコンベース膜中に、イオン注入により不純物をドープする工程;
(e)前記窒化物膜上に、タングステンまたはモリブデンを主要な成分として含む高融点金属膜を形成する工程。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the following steps:
(A) forming a gate insulating film on a silicon base surface region where silicon is one of the main components on the first main surface of the wafer;
(B) forming a silicon base film having silicon as one of the main components on the gate insulating film;
(C) forming a nitride film containing a nitride of tungsten on the silicon base film;
(D) after the step (c), doping impurities into the silicon base film by ion implantation;
(E) forming a high melting point metal film containing tungsten or molybdenum as a main component on the nitride film;
前記(e)工程の後、前記シリコンベース膜中に、イオン注入により不純物をドープする工程をさらに含むことを特徴とする請求項34記載の半導体集積回路装置の製造方法。35. The method according to claim 34, further comprising, after the step (e), doping an impurity into the silicon base film by ion implantation. 前記(d)工程は、前記(c)工程の前に行われることを特徴とする請求項34記載の半導体集積回路装置の製造方法。35. The method according to claim 34, wherein the step (d) is performed before the step (c). 前記(b)工程の後、前記(c)工程に先立って、前記シリコンベース膜上に、タングステンまたはモリブデンを主要な成分として含む高融点金属膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項34記載の半導体集積回路装置の製造方法。After the step (b), prior to the step (c), a step of forming a refractory metal film containing tungsten or molybdenum as a main component on the silicon base film is further included. 35. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to item 34. 以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法:
(a)ウエハの第1の主面上のシリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース表面領域上に、ゲート絶縁膜を形成する工程;
(b)前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース膜を形成する工程;
(c)前記シリコンベース膜上に、タングステンの窒化物を含むタングステン窒化物膜を形成する工程;
(d)前記(c)工程の後、前記シリコンベース膜中に、イオン注入により不純物をドープする工程;
(e)前記タングステンに対して熱処理を行うことにより、少なくともその上半部分を、タングステンを主要な成分とする膜に変化させる工程。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the following steps:
(A) forming a gate insulating film on a silicon base surface region where silicon is one of the main components on the first main surface of the wafer;
(B) forming a silicon base film having silicon as one of the main components on the gate insulating film;
(C) forming a tungsten nitride film containing a tungsten nitride on the silicon base film;
(D) after the step (c), doping impurities into the silicon base film by ion implantation;
(E) a step of subjecting the tungsten to a heat treatment to change at least an upper half thereof into a film containing tungsten as a main component.
前記(b)工程の後、前記(c)工程に先立って、前記シリコンベース膜上に、タングステンまたはモリブデンを主要な成分として含む高融点金属膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項38記載の半導体集積回路装置の製造方法。After the step (b), prior to the step (c), a step of forming a refractory metal film containing tungsten or molybdenum as a main component on the silicon base film is further included. 39. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to item 38. 以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法:
(a)ウエハの第1の主面上のシリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース表面領域上に、ゲート絶縁膜を形成する工程;
(b)前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとするn型導電性またはp型導電性のシリコンベース膜を形成する工程;
(c)前記(b)工程の後、イオン注入法により、前記シリコンベース膜の表面領域に、前記シリコンベース膜に含まれる不純物と同一導電型の不純物を導入する工程、
(d)前記(c)工程の後、前記シリコンベース膜上に、タングステンを主要な成分の一つとする第1の高融点金属膜を形成する工程;
(e)前記第1の高融点金属膜上に、タングステンの窒化物を含む窒化物膜を形成する工程;
(f)前記窒化物膜上に、タングステンまたはモリブデンを主要な成分として含む第2の高融点金属膜を形成する工程。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the following steps:
(A) forming a gate insulating film on a silicon base surface region where silicon is one of the main components on the first main surface of the wafer;
(B) forming an n-type or p-type silicon-based film having silicon as one of the main components on the gate insulating film;
(C) after the step (b), introducing an impurity of the same conductivity type as an impurity contained in the silicon base film into a surface region of the silicon base film by an ion implantation method;
(D) after the step (c), forming a first refractory metal film containing tungsten as one of the main components on the silicon base film;
(E) forming a nitride film containing a nitride of tungsten on the first refractory metal film;
(F) forming a second refractory metal film containing tungsten or molybdenum as a main component on the nitride film;
前記(c)工程のイオン注入を行った後の前記シリコンベース膜の不純物濃度は、5×1019atoms/cm以上であることを特徴とする請求項40記載の半導体集積回路装置の製造方法。41. The method according to claim 40, wherein the impurity concentration of the silicon base film after performing the ion implantation in the step (c) is 5 * 10 < 19 > atoms / cm < 3 > or more. . 前記不純物濃度が5×1019atoms/cm以上である領域は、少なくとも金属、金属窒化物、金属化合物などの金属系導体層との界面から少なくとも10nm以下のシリコンベース領域において確保されていることを特徴とする請求項41記載の半導体集積回路装置の製造方法。The region where the impurity concentration is 5 × 10 19 atoms / cm 3 or more is secured in a silicon-based region at least 10 nm or less from an interface with a metal-based conductor layer such as a metal, a metal nitride, or a metal compound. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 41, wherein: 前記(b)工程は、前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとし、n型不純物またはp型不純物を含むシリコンベース膜を形成する工程と、前記シリコンベース膜を熱処理し、前記n型不純物またはp型不純物を電気的に活性化させる工程とを含むことを特徴とする請求項40記載の半導体集積回路装置の製造方法。The step (b) includes forming a silicon base film containing n-type impurities or p-type impurities using silicon as one of the main components on the gate insulating film, and performing a heat treatment on the silicon base film. 41. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 40, further comprising: electrically activating said n-type impurity or p-type impurity. 前記(b)工程の後、前記(d)工程に先立って、前記シリコンベース膜上に、タングステンまたはモリブデンを主要な成分として含む高融点金属膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項40記載の半導体集積回路装置の製造方法。After the step (b), prior to the step (d), a step of forming a refractory metal film containing tungsten or molybdenum as a main component on the silicon base film is further included. 41. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to item 40. 以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法:
(a)ウエハの第1の主面上のシリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース表面領域上に、ゲート絶縁膜を形成する工程;
(b)前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとするn型導電性またはp型導電性のシリコンベース膜を形成する工程;
(c)前記(b)工程の後、前記シリコンベース膜上に、前記シリコンベース膜に含まれる不純物と同一導電型の不純物が含まれた膜を形成する工程;
(d)前記膜を熱処理することによって、前記膜中に含まれる前記不純物を前記シリコンベース膜の表面領域に拡散させる工程;
(e)前記(d)工程の後、前記シリコンベース膜上の前記膜を除去する工程;
(f)前記(e)工程の後、前記シリコンベース膜上に、タングステンを主要な成分の一つとする第1の高融点金属膜を形成する工程;
(g)前記第1の高融点金属膜上に、タングステンの窒化物を含む窒化物膜を形成する工程;
(h)前記窒化物膜上に、タングステンまたはモリブデンを主要な成分として含む第2の高融点金属膜を形成する工程。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the following steps:
(A) forming a gate insulating film on a silicon base surface region where silicon is one of the main components on the first main surface of the wafer;
(B) forming an n-type or p-type silicon-based film having silicon as one of the main components on the gate insulating film;
(C) after the step (b), forming a film on the silicon base film containing an impurity of the same conductivity type as an impurity contained in the silicon base film;
(D) heat-treating the film to diffuse the impurities contained in the film into a surface region of the silicon-based film;
(E) removing the film on the silicon base film after the step (d);
(F) after the step (e), forming a first refractory metal film containing tungsten as one of the main components on the silicon base film;
(G) forming a nitride film containing tungsten nitride on the first refractory metal film;
(H) forming a second refractory metal film containing tungsten or molybdenum as a main component on the nitride film;
前記(d)工程の熱処理を行った後の前記シリコンベース膜の表面領域の不純物濃度は、5×1019atoms/cm以上であることを特徴とする請求項45記載の半導体集積回路装置の製造方法。46. The semiconductor integrated circuit device according to claim 45, wherein the impurity concentration in the surface region of the silicon base film after performing the heat treatment in the step (d) is 5 × 10 19 atoms / cm 3 or more. Production method. 前記不純物濃度が5×1019atoms/cm以上である前記表面領域は、少なくとも金属、金属窒化物、金属化合物などの金属系導体層との界面から少なくとも10nm以下のシリコンベース領域において確保されていることを特徴とする請求項46記載の半導体集積回路装置の製造方法。The surface region having the impurity concentration of 5 × 10 19 atoms / cm 3 or more is secured in a silicon base region of at least 10 nm or less from an interface with a metal-based conductor layer of at least a metal, a metal nitride, or a metal compound. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 46, wherein: 前記(b)工程は、前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとし、n型不純物またはp型不純物を含むシリコンベース膜を形成する工程と、前記シリコンベース膜を熱処理し、前記n型不純物またはp型不純物を電気的に活性化させる工程とを含むことを特徴とする請求項45記載の半導体集積回路装置の製造方法。The step (b) includes forming a silicon base film containing n-type impurities or p-type impurities using silicon as one of the main components on the gate insulating film, and performing a heat treatment on the silicon base film. 47. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 45, further comprising: electrically activating said n-type impurity or p-type impurity. 前記膜は、シリコン主要な成分として含む膜であることを特徴とする請求項45記載の半導体集積回路装置の製造方法。The method according to claim 45, wherein the film is a film containing silicon as a main component. 以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法:
(a)ウエハの第1の主面上のシリコンを主要な構成要素の一つとするシリコンベース表面領域上に、ゲート絶縁膜を形成する工程;
(b)前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとするn型導電性のシリコンベース膜を形成する工程;
(c)前記(b)工程の後、イオン注入法により、前記シリコンベース膜の表面領域にn型不純物を導入する工程;
(d)前記(c)工程の後、前記シリコンベース膜上に膜を形成する工程;
(e)前記シリコンベース膜を熱処理することによって、前記シリコンベース膜の表面領域に導入された前記n型不純物を前記膜との界面近傍に偏析させる工程;
(f)前記(e)工程の後、前記シリコンベース膜上の前記膜を除去する工程;
(g)前記(f)の後、前記シリコンベース膜上に、タングステンの窒化物を含む窒化物膜を形成する工程;
(h)前記窒化物膜上に、タングステンまたはモリブデンを主要な成分として含む高融点金属膜を形成する工程。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the following steps:
(A) forming a gate insulating film on a silicon base surface region where silicon is one of the main components on the first main surface of the wafer;
(B) forming an n-type conductive silicon-based film having silicon as one of the main components on the gate insulating film;
(C) after the step (b), introducing an n-type impurity into the surface region of the silicon base film by an ion implantation method;
(D) after the step (c), forming a film on the silicon base film;
(E) heat-treating the silicon-based film to segregate the n-type impurities introduced into the surface region of the silicon-based film near an interface with the film;
(F) after the step (e), removing the film on the silicon base film;
(G) after (f), forming a nitride film containing tungsten nitride on the silicon base film;
(H) forming a high melting point metal film containing tungsten or molybdenum as a main component on the nitride film;
前記酸化シリコン膜との界面近傍に偏析した前記n型不純物の濃度は、5×1019atoms/cm以上であることを特徴とする請求項50記載の半導体集積回路装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 50, wherein the concentration of the n-type impurity segregated in the vicinity of the interface with the silicon oxide film is 5 × 10 19 atoms / cm 3 or more. 前記(b)工程は、前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主要な構成要素の一つとし、n型不純物を含むシリコンベース膜を形成する工程と、前記シリコンベース膜を熱処理し、前記n型不純物を電気的に活性化させる工程とを含むことを特徴とする請求項50記載の半導体集積回路装置の製造方法。The step (b) includes a step of forming a silicon base film containing n-type impurities on the gate insulating film using silicon as one of the main constituents, and a heat treatment of the silicon base film to form the n-type The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 50, further comprising: a step of electrically activating an impurity. 前記(f)工程の後、前記(g)工程に先立って、前記シリコンベース膜上に、タングステンまたはモリブデンを主要な成分として含む高融点金属膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項50記載の半導体集積回路装置の製造方法。After the step (f), prior to the step (g), a step of forming a refractory metal film containing tungsten or molybdenum as a main component on the silicon base film is further included. 50. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to item 50. 前記窒化物膜は、素子完成時の窒素元素組成が10%以上であることを特徴とする請求項50記載の半導体集積回路装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 50, wherein the nitride film has a nitrogen element composition of 10% or more when the element is completed. 前記窒化物膜は、素子完成時の窒素元素組成が13%以上であることを特徴とする請求項54記載の半導体集積回路装置の製造方法。55. The method according to claim 54, wherein the nitride film has a nitrogen element composition of 13% or more when the element is completed. 前記窒化物膜は、素子完成時の窒素元素組成が18%以上であることを特徴とする請求項55記載の半導体集積回路装置の製造方法。The method according to claim 55, wherein the nitride film has a nitrogen element composition of 18% or more when the element is completed. 前記膜は、前記シリコンベース膜の表面を熱酸化することによって形成した酸化シリコン膜、または前記シリコンベース膜上に化学気相蒸着法ことによって堆積した酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項50記載の半導体集積回路装置の製造方法。The method according to claim 1, wherein the film is a silicon oxide film formed by thermally oxidizing a surface of the silicon base film, or a silicon oxide film deposited on the silicon base film by a chemical vapor deposition method. 50. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to 50.
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